Android系統的每次版本升級，都會對原有程式碼進行重構，這就為外掛化帶來了麻煩。

     Android P對外掛化的影響，主要體現在兩方面，一是它重構了H類中Activity相關的邏輯，另一個是它重構了Instrumentation。

     3.1 H類的變身

     3.1.1 從Message和Handler說起

     對於App開發人員而言，Message和Handler是耳熟能詳的兩個概念。我們簡單回顧一下，一條訊息是怎麼傳送和接收的。

     首先，在App啟動的時候，會建立ActivityThread，這就是主執行緒，也叫UI執行緒。App的入口——main函式，就藏在ActivityThread中，

     在main函式中，會建立MainLooper。MainLooper是一個死迴圈，專門負責接收訊息，也就是Message類。

     Message類的定義如下，除了耳熟能詳的what和obj屬性外，還有一個不對App開放的變數target，它是一個Handler：

public final class Message implements Parcelable {
    public int what;
    public Object obj;
     Handler target;

    //以下省略很多程式碼哦
}

     在App程序中，Application和四大元件的每個生命週期函式，都要和AMS程序進行跨程序通訊。

     1）App程序把資料傳給AMS程序，是通過ActivityManagerNative完成的。

     2）AMS程序把資料傳給App程序，App程序這邊接收資料的是ApplicationThread。

     ApplicationThread在接收到資料後，會呼叫sendMessage方法。這就把訊息Message物件傳送給了MainLooper這個死迴圈。

     在MainLooper死迴圈中，處理這個Message物件。怎麼處理呢，取出它的target欄位，這是一個Handler型別的物件，呼叫這個Handler物件的dispatchMessage方法。

     是時候看一下Handler類的結構了，我簡化了它的程式碼，為的是易於理解：

public class Handler {
    final Callback mCallback;

    public interface Callback {
        public boolean handleMessage(Message msg);
    }

    public void handleMessage(Message msg) {
    }
    
    public void dispatchMessage(Message msg) {
        if (msg.callback != null) {
            handleCallback(msg);
        } else {
            if (mCallback != null) {
                if (mCallback.handleMessage(msg)) {
                    return;
                }
            }
            handleMessage(msg);
        }
    }
}

     Handler類中有一個mCallback變數，這個變數是外掛化技術的核心。書接上文，MainLooper呼叫了Handler的dispatchMessage方法，這個方法的邏輯是，要麼執行mCallback的handleMessage方法，要麼執行Handler類自己的handleMessage方法。

     Handler類自己的handleMessage方法，是一個空方法，所以我們一般寫一個Handler的子類，然後實現這個handleMessage方法。

     在Android系統底層，這個Handler類的子類，就是H類，我們在ActivityThread.java中可以找到這個類。H類的handleMessage方法中，定義了所有訊息的分發，如下所示：

public final class ActivityThread {
    private class H extends Handler {
        public static final int LAUNCH_ACTIVITY         = 100;
        public static final int PAUSE_ACTIVITY           = 101;
        public static final int PAUSE_ACTIVITY_FINISHING= 102;
        public static final int STOP_ACTIVITY_SHOW      = 103;
        public static final int STOP_ACTIVITY_HIDE      = 104;
        public static final int SHOW_WINDOW             = 105;
        public static final int HIDE_WINDOW             = 106;
        public static final int RESUME_ACTIVITY         = 107;
        public static final int SEND_RESULT             = 108;
        public static final int DESTROY_ACTIVITY        = 109;
        public static final int BIND_APPLICATION        = 110;
        public static final int EXIT_APPLICATION        = 111;
        public static final int NEW_INTENT              = 112;
        public static final int RECEIVER                = 113;

        //以下省略很多程式碼

        public void handleMessage(Message msg) {
            switch (msg.what) {
                case LAUNCH_ACTIVITY: {
                    final ActivityClientRecord r = (ActivityClientRecord) msg.obj;

                    r.packageInfo = getPackageInfoNoCheck(
                            r.activityInfo.applicationInfo, r.compatInfo);
                    handleLaunchActivity(r, null, "LAUNCH_ACTIVITY");
                } break;
            
            //以下省略很多程式碼
            }
        }
    }
}

     在H類的handleMessage方法中，會根據msg引數的what值，來判斷到底是哪種訊息，以及相應的執行什麼邏輯，比如說，啟動Activity。

     在H類中，定義了幾十種訊息，比如說LAUNCH_ACTIVITY的值是100，PAUSE_ACTIVITY的值是101。從100到109，都是給Activity的生命週期函式準備的。從110開始，才是給Application、Service、ContentProvider、BroadcastReceiver使用的。

     至此，我們簡單回顧了Android系統內部Message的傳送和接收流程。其中比較重要的是：

     1）Handler類中有一個mCallback變數。

     2）H類中定義了各種訊息。

     3.1.2 Android P之前的外掛化解決方案

     在Android P（API level 28）之前，我們做外掛化，都是Hook掉H類的mCallback物件，攔截這個物件的handleMessage方法。在此之前，我們把外掛中的Activity替換為StubActtivty，那麼現在，我們攔截到handleMessage方法，再把StubActivity換回為外掛中的Activity，程式碼如下所示：

class MockClass2 implements Handler.Callback {

    Handler mBase;

    public MockClass2(Handler base) {
        mBase = base;
    }

    @Override
    public boolean handleMessage(Message msg) {

        switch (msg.what) {
            // ActivityThread裡面 "LAUNCH_ACTIVITY" 這個欄位的值是100
            // 本來使用反射的方式獲取最好, 這裡為了簡便直接使用硬編碼
            case 100:
                handleLaunchActivity(msg);
                break;
        }

        mBase.handleMessage(msg);
        return true;
    }

    private void handleLaunchActivity(Message msg) {
        // 這裡簡單起見,直接取出TargetActivity;

        Object obj = msg.obj;

        // 把替身恢復成真身
        Intent raw = (Intent) RefInvoke.getFieldObject(obj, "intent");

        Intent target = raw.getParcelableExtra(AMSHookHelper.EXTRA_TARGET_INTENT);
        raw.setComponent(target.getComponent());
    }
}

     3.1.3 Android P對Activity訊息機制的改造

     Android系統升級到P，它重構了H類，把100到109這10個用於Activity的訊息，都合併為159這個訊息，訊息名為EXECUTE_TRANSACTION。

     為什麼要這麼修改呢？相信大家面試Android工程師崗位的時候，都會被問及Activity的生命週期圖。這其實是一個由Create、Pause、Resume、Stop、Destory、Restart組成的狀態機。按照設計模式中狀態模式的定義，可以把每個狀態都定義成一個類，於是便有了如下的類圖：

     就拿LaunchActivity來說吧，在Android P之前，是在H類的handleMessage方法的switch分支語句中，編寫啟動一個Activity的邏輯：

        public void handleMessage(Message msg) {
            switch (msg.what) {
                case LAUNCH_ACTIVITY: {
                    final ActivityClientRecord r = (ActivityClientRecord) msg.obj;

                    r.packageInfo = getPackageInfoNoCheck(
                            r.activityInfo.applicationInfo, r.compatInfo);
                    handleLaunchActivity(r, null, "LAUNCH_ACTIVITY");
                } break;
            
            //以下省略很多程式碼
            }
        }

     在Android P中，啟動Activity的這部分邏輯，被轉移到了LaunchActivityItem類的execute方法中。

public class LaunchActivityItem extends ClientTransactionItem {

    @Override
    public void execute(ClientTransactionHandler client, IBinder token,
            PendingTransactionActions pendingActions) {
        ActivityClientRecord r = new ActivityClientRecord(token, mIntent, mIdent, mInfo,
                mOverrideConfig, mCompatInfo, mReferrer, mVoiceInteractor, mState, mPersistentState,
                mPendingResults, mPendingNewIntents, mIsForward,
                mProfilerInfo, client);
        client.handleLaunchActivity(r, pendingActions, null /* customIntent */);
    }
}

     從架構的角度來說，這次重構的效果很好。使用狀態模式，使得Android這部分程式碼，就是OOP的了。我們把寫在H類的handleMessage方法中的switch分支語句，拆分到很多類中，這就符合了五大設計原則中的開閉原則，寧肯有100個類，每個類有100行程式碼，也不要有一個一萬行程式碼的類。好處是，當我想改動Resume這個狀態的業務邏輯時，我只要在ResumeActivityItem類中修改並進行測試就可以了，影響的範圍很小。

     但是這次重構也有缺點，OOP的缺點就是程式碼會讓人看不懂，因為只有在執行時才知道到底例項化的是哪個類，這讓原本清晰的Android Activity訊息邏輯變得支離破碎。

     按照這個趨勢，四大元件之一的Service，它在H類中也有很多訊息，也是有很多生命週期函式，Android的下個版本，極有可能把Service也重構為狀態模式。

     3.1.4 Android P針對於H的Hook

     Android P把H類中的100-109這10個訊息都刪除了，取而代之的是159這個訊息，名為EXECUTE_TRANSACTION。

     這就導致我們之前的外掛化解決方案，在Android P上是不生效的，會因為找不到100這個訊息，而不能把StubActiivty換回為外掛中的Activity。為此，我們需要攔截159這個訊息。攔截後，我們又要面對如何判斷當前這個訊息到底是Launch，還是Pause或者Resume。

     關鍵在於H類的handleMessage方法的Message引數。這個Message的obj欄位，在Message是159的時候，返回的是ClientTransacion型別物件，它內部有一個mActivityCallbacks集合：

public class ClientTransaction implements Parcelable, ObjectPoolItem {

      private List<ClientTransactionItem> mActivityCallbacks;

}

     這個mActivityCallbacks集合中，存放的是ClientTransactionItem的各種子類物件，比如LaunchActivityItem、DestoryActivityListItem。我們可以判斷這個集合中的值，發現有某個元素是LaunchActivityItem型別的，那麼就相當於捕獲到了啟動Activity的那個訊息。

     定位到LaunchActivityItem類的物件，它內部有一個mIntent欄位，裡面存放的就是要啟動的Activity名稱，目前值是StubActivity。在這裡把它替換為真正要啟動的外掛Activity，程式碼如下所示：

class MockClass2 implements Handler.Callback {

    Handler mBase;

    public MockClass2(Handler base) {
        mBase = base;
    }

    @Override
    public boolean handleMessage(Message msg) {

        switch (msg.what) {
            // ActivityThread裡面 "LAUNCH_ACTIVITY" 這個欄位的值是100
            // 本來使用反射的方式獲取最好, 這裡為了簡便直接使用硬編碼
            case 100:   //for API 28以下
                handleLaunchActivity(msg);
                break;
            case 159:   //for API 28
                handleActivity(msg);
                break;
        }

        mBase.handleMessage(msg);
        return true;
    }

    private void handleActivity(Message msg) {
        // 這裡簡單起見,直接取出TargetActivity;
        Object obj = msg.obj;

        List<Object> mActivityCallbacks = (List<Object>) RefInvoke.getFieldObject(obj, "mActivityCallbacks");
        if(mActivityCallbacks.size() > 0) {
            String className = "android.app.servertransaction.LaunchActivityItem";
            if(mActivityCallbacks.get(0).getClass().getCanonicalName().equals(className)) {
                Object object = mActivityCallbacks.get(0);
                Intent intent = (Intent) RefInvoke.getFieldObject(object, "mIntent");
                Intent target = intent.getParcelableExtra(AMSHookHelper.EXTRA_TARGET_INTENT);
                intent.setComponent(target.getComponent());
            }
        }
    }
}

3.2 Instrumentation的變身

     在Android P之前，Instrumentation的newActivity方法。邏輯如下：

    public Activity newActivity(ClassLoader cl, String className,
            Intent intent)
            throws InstantiationException, IllegalAccessException,
            ClassNotFoundException {
        return (Activity)cl.loadClass(className).newInstance();
}

     到了Android P，則改寫了Instrumentation類的部分邏輯。它會在newActivity方法中，檢查Instrumentation的mThread變數，如果為空，就會丟擲一個異常：

public class Instrumentation {
    public Activity newActivity(ClassLoader cl, String className,
            Intent intent)
            throws InstantiationException, IllegalAccessException,
            ClassNotFoundException {
        String pkg = intent != null && intent.getComponent() != null
                ? intent.getComponent().getPackageName() : null;
        return getFactory(pkg).instantiateActivity(cl, className, intent);
    }

    private AppComponentFactory getFactory(String pkg) {
        if (pkg == null) {
            Log.e(TAG, "No pkg specified, disabling AppComponentFactory");
            return AppComponentFactory.DEFAULT;
        }
        if (mThread == null) {
            Log.e(TAG, "Uninitialized ActivityThread, likely app-created Instrumentation,"
                    + " disabling AppComponentFactory", new Throwable());
            return AppComponentFactory.DEFAULT;
        }
        LoadedApk apk = mThread.peekPackageInfo(pkg, true);
        // This is in the case of starting up "android".
        if (apk == null) apk = mThread.getSystemContext().mPackageInfo;
        return apk.getAppFactory();
    }
}

     我們在本書第5章介紹給一種Hook方案，攔截Instrumentation類的execStartActivity方法，如下所示：

public class HookHelper {

    public static void attachContext() throws Exception{
        // 先獲取到當前的ActivityThread物件
        Object currentActivityThread = RefInvoke.invokeStaticMethod("android.app.ActivityThread", "currentActivityThread");

        // 拿到原始的 mInstrumentation欄位
        Instrumentation mInstrumentation = (Instrumentation) RefInvoke.getFieldObject(currentActivityThread, "mInstrumentation");

        // 建立代理物件
        Instrumentation evilInstrumentation = new EvilInstrumentation(mInstrumentation);

        // 偷樑換柱
        RefInvoke.setFieldObject(currentActivityThread, "mInstrumentation", evilInstrumentation);
    }
}

public class EvilInstrumentation extends Instrumentation {

    private static final String TAG = "EvilInstrumentation";

    // ActivityThread中原始的物件, 儲存起來
    Instrumentation mBase;

    public EvilInstrumentation(Instrumentation base) {
        mBase = base;
    }

    public ActivityResult execStartActivity(
            Context who, IBinder contextThread, IBinder token, Activity target,
            Intent intent, int requestCode, Bundle options) {

        Log.d(TAG, "XXX到此一遊!");

        // 開始呼叫原始的方法, 調不呼叫隨你,但是不呼叫的話, 所有的startActivity都失效了.
        // 由於這個方法是隱藏的,因此需要使用反射呼叫;首先找到這個方法
        Class[] p1 = {Context.class, IBinder.class,
                IBinder.class, Activity.class,
                Intent.class, int.class, Bundle.class};
        Object[] v1 = {who, contextThread, token, target,
                intent, requestCode, options};

        return (ActivityResult) RefInvoke.invokeInstanceMethod(
                mBase, "execStartActivity", p1, v1);
    }
}

     這段程式碼，我們把系統原先的Instrumentation替換成EvilInstrumentation，在Android P以下的系統是可以執行的，但是在Android P上就會丟擲Uninitialized ActivityThread, likely app-created Instrumentation的異常，顯然這是因為EvilInstrumentation的mThread為空導致的。

     想要解決這個問題，就必須重寫EvilInstrumentation中的newActivity方法，如下所示：

public class EvilInstrumentation extends Instrumentation {
    //省略了部分程式碼

    public Activity newActivity(ClassLoader cl, String className,
                                Intent intent)
            throws InstantiationException, IllegalAccessException,
            ClassNotFoundException {

        return mBase.newActivity(cl, className, intent);
    }
}

     這樣編碼，即使是EvilInstrumentation，在執行newActivity方法的時候，也會執行原先Instrumentation的newActivity方法，Instrumentation的mThread欄位不是null，所以就不會丟擲上述的異常資訊了。