微信 Tinker 負責人張紹文關於 Android 熱修復直播分享記錄

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hello，大家好。我是張紹文，目前在微信主要負責Android的效能優化以及終端質量平臺相關工作。首先非常抱歉由於本週版本上線，可能準備的不是太充分。若有任何疑問，歡迎在分享結束後提問。

下面開始我們今天的分享，熱補丁技術是當前非常熱門的Android開發技術，其中比較出名的方案有支付寶的AndFix以及QZone的超級熱補丁方案。微信大約在2015年6月開始嘗試應用，經過研究與嘗試現有的各個方案，我們發現它們都有著自身的一些侷限性。我們最終採用不同於它們的技術方案，也就是微信熱補丁開源框架Tinker。

我們先來講講現有框架的一些侷限性：

Andfix是阿里推出的開源框架，它在github的地址是：https://github.com/alibaba/AndFix

它的技術原理如下圖：它採用native hook的方式，這套方案直接使用dalvik_replaceMethod替換class中方法的實現。

它的缺點主要包括以下幾個：

1. 相容性不佳；由於它採用native替換的方式，在github Issue中也有大量崩潰的反饋；
2. 成功率不高；不支援修改inline方法，不支援修改引數超過8個或帶有long,double或者float的方法。跟一些使用Andfix的產品討論過，它們的成功率不超過40%；
3. 開發不透明；由於它還不支援增加filed，我們需要為了補丁而補丁，無法採用這個技術釋出需求。 Andfix的好處是可以立刻生效，但它可以支援的補丁場景非常有限，僅僅可以使用它來修復特定問題。所以我們不考慮採用這個方案。

現在我們講講Qzone超級補丁方案

這個方案使用classloader的方式，能實現更加友好的類替換。而且這與我們載入Multidex的做法相似，能基本保證穩定性與相容性。它主要的面臨問題有兩個：

1、為了解決unexpected DEX problem異常，而採用插樁的方式給所有類插入不會真正執行的程式碼，防止類打上preverify標誌。

採用插樁導致所有類都非preverify，導致上圖中的verify與optimize操作會在載入類時觸發。這會有一定的效能損耗，微信分別採用插樁與不插樁兩種方式做過兩種測試，一是連續載入700個50行左右的類，一是統計微信整個啟動完成的耗時。

2、在art平臺，若補丁中的類出現Field、Method或Interface變化，可能會導致出現記憶體地址錯亂的問題。為了解決這個問題，我們最後補丁中的類要有以下規則：

a. 修改跟新增的class；
b. 若class有field，method或interface數量變化，它們所有的子類；
c. 若class有field，method或interface數量變化，它們以及它們所有子類的呼叫類。如果採用ClassN方式，即需要多個dex一起處理。

Qzone的方案最為簡單，而且開發透明，補丁的成功率也是非常高的。但由於微信對於執行效能以及補丁大小都比較敏感，我們最終也沒有采用這套方案。

那麼微信希望的是一套怎麼樣的熱補丁框架呢，我們認為主要的目標有以下幾個：

1. 開發透明；開發者無需關心是否在補丁版本，他可以隨意修改，不由框架限制；
2. 效能無影響；補丁框架不能對應用帶來效能損耗；
3. 完整支援；支援程式碼，So庫以及資源的修復，可以做到釋出功能；
4. 補丁大小較小；補丁大小應該儘量的小，提高升級率。
5. 穩定，相容性好；保證微信的數億使用者的使用，儘量減少反射；

現在我們來講講微信熱補丁框架Tinker的實現

它的名字來至Dota中的地精修補匠，我們希望發版本可以像它一樣做到無限重新整理。

Tinker的方案來源gradle編譯的instant run與buck編譯的exopackage。它們的思想都是全量替換新的Dex，即我們完全使用了新的Dex或者資源，那樣既不出現Art地址錯亂的問題，在Dalvik也無須插樁。

但是instant run針對的是編譯期，它可以直接將最後生成的所有變化都直接拷到手機端。對於線上方案，這肯定是不可行的。所以當前核心問題是找到合適的，使補丁結果更小的差分演算法。

微信首先demo中採用的是bsdiff,它無關檔案格式，但對於Dex效果不是特別好，而且非常不穩定。當前微信對於so，依然使用bsdiff演算法。資源也部分使用了bsdiff演算法。

然後我們想到dexmerge演算法，把修改跟新增的類通過dexmerge方式與原來的dex合併，從而得到最終的完整Dex。經過實踐，dexmerge的核心問題有兩個：

1. 無法刪除class；導致在Dalvik平臺會出現載入類重複的情況，這要求我們只能採用miniloader載入方案來避免；
2. 合成時記憶體佔用過大；dexmerge庫使用場景在PC,它沒有太多的考慮記憶體問題。它的峰值記憶體可以達到輸入dex的大小的4倍-6倍。一個12M的dex，峰值記憶體可能達到70多M。

最後我們決定基於dex的格式，自研出一種Dexdiff演算法，它需要達到以下目標;

1. diff結果小；
2. 合成過程佔用記憶體小；
3. 支援刪除、新增、修改dex中的class。

這裡面主要的原理是深度利用原來dex中的資訊，對於dex的每一個section做處理。這塊在今天不再深入，感興趣的同學可以交流或者閱讀原始碼。

記憶體方面dexdiff峰值記憶體是dex的兩倍左右，達到預期的結果。

對於微信熱補丁的更多資訊，可以閱讀我之前發的一篇文章。微信Android熱補丁實踐演進之路

然後我們來看看Tinker的框架設計，它主要包括以下幾部分：

1. 補丁合成；這些都在單獨的patch程式工作，這裡包括dex,so還有資源，主要完成補丁包的合成以及升級；
2. 補丁的載入；如果通過反射系統載入我們合成好的dex，so與資源；
3. 監控回撥；在合成與載入過程中，出現問題及時回撥；
4. 版本管理；Tinker支援補丁升級，甚至是多個補丁不停的切換。這裡我們需要保證所有程式版本的一致性；
5. 安全校驗；無論在補丁合成還是載入，我們都需要有必要的安全校驗。

在微信中，我們為Tinker框架加入了100多個實時上報，監控著在每個過程可能出現的問題：

接著我們來看看在開發Tinker過程中，遇到的一些問題：

1、廠商OTA；對於Art平臺，dex2oat時間較長。特別是廠商OTA之後，所有動態載入的程式碼都需要重新執行dex2oat。這是因為boot image已經改變，但是系統在升級時只會給ClassN.dex重新oat。

對於補丁dex會出現主程式同步執行dex2oat，這個時間非常久，很有可能會出現ANR，對於小米等一些產品的開發版更是如此。

這也是我們現在努力在實現分平臺合成的原因，即在Art平臺，只合成規則下需要的class。只要不是全量替換，重新dex2oat的時間是可以接受的。

2、Android N混合編譯導致補丁機制失效；這塊花了一定的時間重新梳理了Android N art的程式碼，詳細的分析可以檢視之前我發的一篇文章。Android N混合編譯與對熱補丁影響解析

3、Dex反射成功但是不生效；開始的時候，我們載入補丁dex採用的是makedexElement的方式。但是發現大約有幾十萬臺機器，補丁載入成功了，但是使用的還是舊版本的程式碼。某些機器類似三星s6 502系統，儘管反射pathList成功，查詢順序依然以base.apk優先。

這裡採取的解決方法是類似instant run，採用反射parent classloader的方式。這裡不得不提，instant run的increaseClassLoader實現非常精妙。

4、Xposed等微信外掛; 市面上有各種各樣的微信外掛，它們在微信啟動前會提前載入微信中的類，這會導致兩個問題：

a. 在Dalvik平臺，直接出現'Class ref in pre-verified class resolved to unexpected implementation'的crash；
b. 在Art平臺，由於出現部分類使用了舊的程式碼，這可能導致補丁無效，或者地址錯亂的問題。

它們根本的原因都是Xposed反射呼叫，提前匯入了我們的某些類。

事實上，由於可能存在補丁使用不當或者其他問題，我們的確需要有一個安全模式。即在應用啟動不起來或多次crash時，進入補丁清理或者升級的流程。

也許有人覺得Tinker過於臃腫，過於複雜。這是因為熱補丁並不是僅僅載入一個dex或者so檔案，事實上它要關心的細節有很多。程式的一致性，控制可修改類的範圍, 版本的管理，擴充套件性等等。

Tinker的未來規劃是真正的開源出去，大約下週會提交分平臺合成以及資源相關的所有程式碼。然後等公司的開源審計結束後將在github開源
對於So，資源的合成方式，dexdiff的技術細節，若大家感興趣可以'read the ** source code'或者與我們交流。

由於時間有限，今天的分享就到這裡，由於準備倉促，再次給大家致歉。

Q0：大神請教下patch程式和主程式是怎麼通訊的？
Q0：是通過intent service通訊的，主程式一個接受補丁結果的intent service，patch程式是一個接受不請求的intent service
Q1:分平臺合成 沒聽太明白，能再仔細說下麼。
Q1：分平臺合成就是在Dalvik平臺，我們合成全量的dex，這可以避免我們插樁的要求。在Art平臺，我們只合成上述三個條件下的類。這裡的難點是同一份diff程式碼，可以做到不同的合成方式。

Q2：對於內部空間不足引起的patch失敗現在有什麼好的解決辦法？
Q2： 對於我們的方案，空間佔用的確比較大。我們解決的方法有兩個，1. 在patch之前提前檢查使用者的剩餘空間，如果使用者剩餘空間過少，即不嘗試。 2. 若本次失敗，我們會有回撥，然後我們會定期重試三次。你也可以採用提示使用者的方式
B0: 程式碼完全開源嗎？
B0：對的，所有程式碼都會開源，從編譯到各個模組。

B1: 微信安卓版現在有幾個activity？ 是一個activity 加 多個fragment嗎？
B1：非常抱歉，這個問題跟本次分享無關。事實上，我更建議你反編譯微信的程式碼來研究。

b2:xposed框架的那些外掛，是通過反射呼叫替換值？那一般有啥方式保證安全性？保證app資料的安全性
B2： 它們只要是反射呼叫微信的某些類，達到某些功能的篡改。事實上，如果在root下，單純的保護是比較難的。

B3：為什麼要在補丁成功的時候加結果回撥是為了啟動程式麼，但是和您剛才說的為了實時上報
B3：回撥結果是為了給使用者一個回撥，在這個回撥裡面它可以做各種各樣的工作。例如我彈出升級完成的dialog。我設定鎖屏或者程式進入後臺後自殺，這可以加快補丁的應用

B4：既然能載入so和資源，Tinker能用於外掛化嗎？
B4：Tinker當前沒有做四大元件程式碼，但是Tinker未來絕對是具備這個能力的

B7：這套框架目前是多少個人在維護呢
B7： Tinker當前有3個人在開發維護

b8:請問資源是編譯到arsc中還是反射載入二進位制流？
B8： 你的問題我不太明白，資源我們採用的是全量替換，即完全使用新的資源包

Q6：patchCoreSDK怎麼繞過 換classloader後跨 dex載入類 accesserror的問題？有對patchcoreSDK做強制訪問隔離嗎？
Q6: 是的，Tinker框架分為兩部分，核心載入程式碼，成為loader類，這裡大概有十幾個類，他們是不允許修改的。其他大部分Tinker的類也是可以通過補丁修改的，這裡Tinker框架已經做了處理，即在新合成的Dex，我們已經刪除了loader相關的類，從而徹底避免了這個問題

Q7：patch成功後怎麼及時重啟其他程式？
Q7: 為了保證各個程式的唯一性，我們有一個版本管理檔案用於記錄當前補丁的版本。它分為old與new兩個欄位。同時做了約定，只有patch程式可以修改new欄位，只有主程式可以修改old欄位，其他所有程式啟動時都只會載入old欄位的補丁版本。然後主要主程式可以發起版本升級，即把new欄位賦值給old欄位，這個時候主程式要殺掉其他所有的程式，以保證統一性

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