Android外掛化的相容性（上）：Android O的適配

包建強發表於2018-08-23
Android

      首先宣告，《Android外掛化開發指南》這本書所介紹的Android底層是基於Android6.0（API level 23）的，而本書介紹的各種外掛化解決方案，以及配套的70多個例子，在Android7.0（API level 24）手機上測試都是能正常工作的。

     如果讀者您的手機是Android 26、27，甚至28（也就是Android P），那麼會有30個外掛化的例子不能正常工作，這是因為Android系統底層的原始碼改動導致的。

     本篇文章，專門介紹Android O的改動對外掛化產生的影響，以及相應的外掛化解決方案。

 

（一）從ActivityManagerNative的重構談起

     首先是ActivityManagerNative這個類的gDefault欄位，這個欄位在API 25以及之前的版本，定義如下：

public abstract class ActivityManagerNative extends Binder implements IActivityManager {
    private static final Singleton<IActivityManager> gDefault = new Singleton<IActivityManager>() {
        protected IActivityManager create() {
            IBinder b = ServiceManager.getService("activity");
            if (false) {
                Log.v("ActivityManager", "default service binder = " + b);
            }
            IActivityManager am = asInterface(b);
            if (false) {
                Log.v("ActivityManager", "default service = " + am);
            }
            return am;
        }
    };
}

 

     所以，我們可以通過反射獲取ActivityManagerNative的gDefault欄位，執行它的create方法，得到IActivityManager介面型別的物件。

     看到這個介面型別，我們眼前一亮，可以通過Proxy.newProxyInstance方法，hook掉這個IActivityManager物件，攔截它的startActivity方法，把要啟動的、沒有在Manifest中宣告的Activity，替換成佔坑StubActivity，程式碼如下所示：

    public static void hookAMN() throws ClassNotFoundException,
            NoSuchMethodException, InvocationTargetException,
            IllegalAccessException, NoSuchFieldException {

        //獲取AMN的gDefault單例gDefault，gDefault是final靜態的
        Object gDefault = RefInvoke.getStaticFieldObject("android.app.ActivityManagerNative", "gDefault");
        // gDefault是一個 android.util.Singleton<T>物件; 我們取出這個單例裡面的mInstance欄位
        Object mInstance = RefInvoke.getFieldObject("android.util.Singleton", gDefault, "mInstance");

        // 建立一個這個物件的代理物件MockClass1, 然後替換這個欄位, 讓我們的代理物件幫忙幹活
        Class<?> classB2Interface = Class.forName("android.app.IActivityManager");
        Object proxy = Proxy.newProxyInstance(
                Thread.currentThread().getContextClassLoader(),
                new Class<?>[] { classB2Interface },
                new MockClass1(mInstance));

        //把gDefault的mInstance欄位，修改為proxy
        Class class1 = gDefault.getClass();
        RefInvoke.setFieldObject("android.util.Singleton", gDefault, "mInstance", proxy);
    }

 

     我們在書中的第5章詳細講解過上述這些程式碼。但不幸的是，這些程式碼在Android O（API level 26）以上的系統版本中就不能執行了，在執行到這句話的時候，gDefault的值為空：

Object gDefault = RefInvoke.getStaticFieldObject("android.app.ActivityManagerNative", "gDefault");

 

     這是因為Google在Android O中，把ActivityManagerNative中的這個gDefault欄位刪除了，轉移到了ActivityManager類中，但此時，這個欄位改名為IActivityManagerSingleton，所以在Android P中，要把這句話改為：

Object gDefault = RefInvoke.getStaticFieldObject("android.app.ActivityManager", "IActivityManagerSingleton");

    

     但這又不相容於Android O以下的版本了，所以寫一個if-else條件語句，根據Android系統的版本，來做不同的處理，如下所示：

        Object gDefault = null;
        if (android.os.Build.VERSION.SDK_INT <= 25) {
            //獲取AMN的gDefault單例gDefault，gDefault是靜態的
            gDefault = RefInvoke.getStaticFieldObject("android.app.ActivityManagerNative", "gDefault");
        } else {
            //獲取ActivityManager的單例IActivityManagerSingleton，他其實就是之前的gDefault
            gDefault = RefInvoke.getStaticFieldObject("android.app.ActivityManager", "IActivityManagerSingleton");
        }

 

（二）Element和DexFile的興衰史

     接下來我們把目光轉移到外掛類的載入。我們在書中介紹了3種載入方式：

     1. 為每一個外掛建立一個ClassLoader，用外掛ClassLoader去載入外掛中的類。

     2. 把所有外掛中的dex，都合併到宿主App的dex陣列中。

     3. 把宿主App所使用的ClassLoader，替換成我們自己建立的ClassLoader，在這個新的ClassLoader中，有一個容器變數，承載所有外掛的ClassLoader，用來載入外掛中的類。

     這其中，第2種方式的實現是最簡單的，也就是合併所有外掛的dex到一個陣列中，具體程式碼實現如下所示：

public final class BaseDexClassLoaderHookHelper {

    public static void patchClassLoader(ClassLoader cl, File apkFile, File optDexFile)
            throws IllegalAccessException, NoSuchMethodException, IOException, InvocationTargetException, InstantiationException, NoSuchFieldException {
        // 獲取 BaseDexClassLoader : pathList
        Object pathListObj = RefInvoke.getFieldObject(DexClassLoader.class.getSuperclass(), cl, "pathList");

        // 獲取 PathList: Element[] dexElements
        Object[] dexElements = (Object[]) RefInvoke.getFieldObject(pathListObj, "dexElements");

        // Element 型別
        Class<?> elementClass = dexElements.getClass().getComponentType();

        // 建立一個陣列, 用來替換原始的陣列
        Object[] newElements = (Object[]) Array.newInstance(elementClass, dexElements.length + 1);

        // 構造外掛Element(File file, boolean isDirectory, File zip, DexFile dexFile) 這個建構函式
        Class[] p1 = {File.class, boolean.class, File.class, DexFile.class};
        Object[] v1 = {apkFile, false, apkFile, DexFile.loadDex(apkFile.getCanonicalPath(), optDexFile.getAbsolutePath(), 0)};
        Object o = RefInvoke.createObject(elementClass, p1, v1);

        Object[] toAddElementArray = new Object[] { o };
        // 把原始的elements複製進去
        System.arraycopy(dexElements, 0, newElements, 0, dexElements.length);
        // 外掛的那個element複製進去
        System.arraycopy(toAddElementArray, 0, newElements, dexElements.length, toAddElementArray.length);

        // 替換
        RefInvoke.setFieldObject(pathListObj, "dexElements", newElements);
    }
}

 

     這個思路沒問題。注意其中的這麼幾句話：

Class[] p1 = {File.class, boolean.class, File.class, DexFile.class};
Object[] v1 = {apkFile, false, apkFile, DexFile.loadDex(apkFile.getCanonicalPath(), optDexFile.getAbsolutePath(), 0)};
Object o = RefInvoke.createObject(elementClass, p1, v1);
Object[] toAddElementArray = new Object[] { o };

 

     這幾句話中，通過反射執行了Element的帶有4個引數的建構函式，但不幸的是，在Android O以及之後的版本，這個帶有4個引數的建構函式就被廢棄了。

     此外，在這個建構函式中使用到的DexFile這個類，也被廢棄了，對此Google給出的解釋是，只有Android系統可以使用DexFile，App層面不能使用它。

     於是，我們不得不另闢蹊徑，通過執行DexPathList類的makeDexElements方法，來生成外掛中的dex：

List<File> legalFiles = new ArrayList<>();
legalFiles.add(apkFile);

List<IOException> suppressedExceptions = new ArrayList<IOException>();

Class[] p1 = {List.class, File.class, List.class, ClassLoader.class};
Object[] v1 = {legalFiles, optDexFile, suppressedExceptions, cl};
Object[] toAddElementArray = (Object[])
RefInvoke.invokeStaticMethod("dalvik.system.DexPathList", "makeDexElements", p1, v1);

 

     這段程式碼，在Android O之前的版本也是適用的。所以，我們找到了比DexFile更好用的makeDexElements方法，進行Hook。

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