導語

熱修復說白了就是”打補丁”，通過事先設定的介面從網上下載無Bug的程式碼來替換有Bug的程式碼。這樣就省事多了,使用者體驗也好。這樣帶來的優勢就是成本低、效率高。熱修復的特點：無需重新發版，實時高效熱修復；使用者無感知修復，無需下載新的應用，代價小；修復成功率高，把損失降到最低。但是，Android是如何實現熱修復的呢？這一次要從DVM（Dalvik虛擬機器）與 JVM（JAVA虛擬機器）的載入類原理講起。

相關文章連線：

一、JVM機制

JVM（Java Virtual Machine）即Java虛擬機器，它可以通過 類載入器 把 Class檔案 載入到自己 執行時記憶體中去執行。虛擬機器是執行在作業系統中的，而程序又是作業系統的執行單位，所以當java虛擬機器執行的時候，它就是作業系統中的程序例項單位，當它沒執行時，可以把它叫做程式。總而言之，Java程式在執行的時候，JVM通過類載入機制(ClassLoader)把.class檔案載入到記憶體中。只有class檔案被載入記憶體，才能被其他class引用，使程式正確執行起來。

JVM類載入機制(ClassLoader)

1. Bootstrap ClassLoader ：啟動類載入器，負責載入java基礎類，對應的檔案是%JRE_HOME/lib/ 目錄下的rt.jar、resources.jar、charsets.jar和class等；
2. Extension ClassLoader：擴充套件類載入器,對應的檔案是 %JRE_HOME/lib/ext 目錄下的jar和class等；
3. App ClassLoader：系統類載入器，對應的檔案是應用程式classpath目錄下的所有jar和class等。

工作原理：雙親委派機制

  三種ClassLoader存在父子關係，App ClassLoader的父類載入器是Extension ClassLoader，Extension ClassLoader的父類載入器是Bootstrap ClassLoader。注意這裡的父子並不是繼承關係。Java的類載入使用雙親委託機制來搜尋類，即當這三者中的某個ClassLoader要載入一個類時，會先委託它的父類載入器嘗試載入，一直往上，如果最頂級的父類載入器沒有找到該類，那麼委託者則親自到特定的地方載入，如果沒找到，那麼就丟擲異常ClassNotFoundException。

案例驗證：

public class Test {  
  
    public static void main(String[] args) {  
        ClassLoader ClassLoader1 = Test.class.getClassLoader();  
        ClassLoader ClassLoader2 = ClassLoader1.getParent();  
        ClassLoader ClassLoader3 = ClassLoader2.getParent();  
  
        System.out.println(ClassLoader1);  
        System.out.println(ClassLoader2);  
        System.out.println(ClassLoader3);  
    }  
}  
 

輸出結果：

1. sun.misc.Launcher$AppClassLoader@1bbf1ca  
2. sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@1ff0dde  
3. null

二、DVM機制 

Dalvik是Google為Android平臺設計的虛擬機器，以.dex（Dalvik Executable）格式作為虛擬機器的壓縮格式，適用於記憶體和處理器有限的作業系統。Delvik允許同時執行多個虛擬機器例項，但是Delvik環境下每次執行應用都需要通過及時編譯器（JIT）將位元組碼轉為機器碼，這雖然安裝過程比較快，但是會拖慢應用每次啟動的效率，並且會重複的JIT（Just-In-Time）會增加CPU的工作造成損耗。於是，2014年6月Google IO大會推出ART（Android Runtime）代替Delvik，在ART環境下應用安裝時，通過預編譯（AOT:Ahead-Of-Time）將位元組碼轉為機器碼，在溢位解釋程式碼這一過程後，這樣就提高了每次應用啟動的執行效率，減少CPU的重複耗損工作。但是是以空間換時間，可能會增加10%-20%的儲存空間和更長時間的應用安裝。

DVM類載入機制

主要是由BaseDexClassLoader的兩個子類 PathClassLoader、DexClassLoader 來完成。繼承自Java的ClassLoader。

PathClassLoader ：用來載入系統類和應用類。只能載入已安裝的apk。

DexClassLoader  ：用來載入jar、apk、dex檔案。從SD卡中載入未安裝的apk。

PathClassLoader.Class 原始碼

public class PathClassLoader extends BaseDexClassLoader {

    public PathClassLoader(String dexPath, ClassLoader parent) {
        super(dexPath, null, null, parent);
    }

    public PathClassLoader(String dexPath, String libraryPath,
            ClassLoader parent) {
        super(dexPath, null, libraryPath, parent);
    }
} 

DexClassLoader.Class 原始碼

public class DexClassLoader extends BaseDexClassLoader {

    public DexClassLoader(String dexPath, String optimizedDirectory, String libraryPath, ClassLoader parent) {
        super(dexPath, new File(optimizedDirectory), libraryPath, parent);
    }
}

BaseDexClassLoader.Class 原始碼   

public class BaseDexClassLoader extends ClassLoader {
    private final DexPathList pathList;

    public BaseDexClassLoader(String dexPath, File optimizedDirectory,
            String libraryPath, ClassLoader parent) {
        super(parent);
        //這裡建立了一個DexPathList物件例項
        this.pathList = new DexPathList(this, dexPath, libraryPath, optimizedDirectory);
    }

    @Override
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        List<Throwable> suppressedExceptions = new ArrayList<Throwable>();
        Class c = pathList.findClass(name, suppressedExceptions);
        if (c == null) {
            ClassNotFoundException cnfe = new ClassNotFoundException("Didn't find class \"" + name + "\" on path: " + pathList);
            for (Throwable t : suppressedExceptions) {
                cnfe.addSuppressed(t);
            }
            throw cnfe;
        }
        return c;
    }

三、熱修復原理

   分析上面DVM載入類機制的BaseDexClassLoader.Class 程式碼  ，它類中程式碼：

   首先看到聲明瞭DexPathList類名為pathList，然後看它的建構函式中建立了DexPathList類的例項，看一下這個方法：

public DexPathList(ClassLoader definingContext, String dexPath, String libraryPath, File optimizedDirectory) {
        ... 
        this.definingContext = definingContext;
        ArrayList<IOException> suppressedExceptions = new ArrayList<IOException>();
        //建立一個數組
        this.dexElements = makeDexElements(splitDexPath(dexPath), optimizedDirectory, suppressedExceptions);
        ... 
    }

可以看到，DexPathList的建構函式中建立一個dexElements 陣列。

然後再回頭看，BaseDexClassLoader.Class 程式碼的findClass方法。呼叫了pathList.findClass。

/* package */final class DexPathList {
    ...
    public Class findClass(String name, List<Throwable> suppressed) {
            //遍歷該陣列
        for (Element element : dexElements) {
            //初始化DexFile
            DexFile dex = element.dexFile;
            if (dex != null) {
                //呼叫DexFile類的loadClassBinaryName方法返回Class例項
                Class clazz = dex.loadClassBinaryName(name, definingContext, suppressed);
                if (clazz != null) {
                    return clazz;
                }
            }
        }       
        return null;
    }
    ...
} 

會遍歷這個dexElements 陣列。然後初始化DexFile，如果DexFile不為空那麼呼叫DexFile類的loadClassBinaryName方法返回Class例項。總而言之，ClassLoader會遍歷這個陣列,然後載入這個陣列中的dex檔案， 而ClassLoader在載入到正確的類之後,就不會再去載入有Bug的那個類了,我們把這個正確的類放在Dex檔案中，讓這個Dex檔案排在dexElements陣列前面即可。

但是，這裡有個問題：

如果引用者和被引用者的類(直接引用關係)在同一個Dex時,那麼在虛擬機器啟動時，被引用類就會被打上CLASS_ISPREVERIFIED標誌。這樣被引用的類就不能進行熱修復操作了。怎麼辦？

原因是：那麼我們就要阻止被引用類打上CLASS_ISPREVERIFIED標誌，QQ空間的方法是在所有引用到該類的建構函式中插入一段程式碼,程式碼引用到別的類。這個可參考QQ空間團隊的安卓App熱補丁動態修復技術介紹

為了實現補丁方案，防止類被打上CLASS_ISPREVERIFIED標誌。最終QQ空間的方案是往所有類的建構函式裡面插入了一段程式碼，程式碼如下：

if (ClassVerifier.PREVENT_VERIFY) {

System.out.println(AntilazyLoad.class);

}

其中AntilazyLoad類會被打包成單獨的hack.dex，這樣當安裝apk的時候，classes.dex內的類都會引用一個在不相同dex中的AntilazyLoad類，這樣就防止了類被打上CLASS_ISPREVERIFIED的標誌了，只要沒被打上這個標誌的類都可以進行打補丁操作。