Android逆向技术高阶大法

安卓应用是一个客户端，与传统软件类似，需要把软件打包，然后通过某种渠道（应用市场）分发给用户，这是常规的发布方式，它的更新节奏很慢，从你在应用市场上更新后，到用户真正的执行升级，这中间很慢的，而且很多用户根本不会升级新版本，这对于互联网来说是极不友好的。传统的互联网，用户刷新一下网页后，就能看得到更新了，但对于客户端，这行不通，要想实现小时级别的发布和分钟级别的问题修复，正规的发布渠道是做不到的。于是各路大神和专家开始研究客户端的前端化，也就是运用各种技术能让发布，特别是一些问题修复性的小规模发布可以更快的传递到用户手中。

这与正向方法不一样，谷歌或者水果针对应用市场有明确的流程的，这是常规发布也即是正向方式。今天我们来聊一聊非正向方法，非常规方式，来实现小模块的发布和热修复。

核心技术原理

任何一项技术都离不开编程语言和操作系统上的支持，对于插件化技术来说，最为核心的原理就是Java支持反射，这是一种运行时修改代码的技术，另外就是动态代理，这是插件化可行的根本技术支撑。

说到底，Java仍是一种解释型语言，它的核心是JVM，即也虚拟机，我们所熟悉的Java编程语言，本质上是套在JVM上的一层语法规则，换了一种语言规则也是可行的。就好比Kotlin，Scala和Groovy它们的语法与Java相差很大，但它们编译过后的字节码是完全符合JVM规范的，可以直接运行在JVM之上。

其他的纯解释型语言，如Python和JavaScript，它们在运行时可以动态的加载一段源码，这即是动态化，可以实现真正的插件化，运行时直接加载运行一段代码。Java略变态一些，但它本质上是JVM，而JVM通过反射和动态代理，在一定程度上支持了类似的动态化，就是通过ClassLoader来动态加载一些编译好的Class。

此为插件化的核心原理。

动态代理机制，可以读这几篇文章：

Hook大法

有了核心原理，才有可行的方案。Hook主要研究三方面内容，一是研究ClassLoader，因为不同的dex分属于不同的层级，它们的ClassLoader不一样，反射的第一步就是要能加载到想要的Class，这个要靠找到合适的ClassLoader；二是动态代理机制，hook的核心原理就是用动态代理机制，创建一个Mock对象用以替换掉原来的，所以接口Interface是关键，原系统设计中必须使用大量接口，并且是以标准方式使用的（没有强制向下转型downcast），这样你创建出来的动态代理去替换才是安全的；三就是学习安卓系统核心组件的流程，以找到最佳的hook地点。

其实，第3条才是对大部分人最为有益的。

具体如何做hook，可以参考以下文章：

由于安卓版本升级的原因，上面这几个文章都失效了，例子行不通了。但是这几遍对于原理解释的还是相当清楚的。

以下文章对于新版本也是适用的。

需要注意的是，hook这件事情，最基础的技术很简单，就通过反射来替换对象，把系统中的对象替换为仿造的，仿造有三种方式，一是直接创建，这需要类是比较简单的情况，并不需要开放出来，通过反射一切皆可创建；二是继续，这个对于复杂对象也能仿造，如Instrumentation，但是需要类是开放出来的；三是接口，通过动态代理创建仿造对象（也即代理）。核心技术就这些。其他的，全是对于系统代码的理解，找到可行的关键点来进行hook。

另外就是，谷歌对逆向方法限制越来越严了，反射系统的东西，会有限制，有时仅是打印日志，但指不定哪天就不给反射了。

Accessing hidden field Landroid/app/ActivityManager;->IActivityManagerSingleton:Landroid/util/Singleton; (light greylist, reflection)

插件化原理

学习一门技术最好的方式就是去研读优秀的开源库的源码，对于插件化，现在有很多比较成熟的开源框架存在了，可以挑几个比较有代表性的来研究一下。

DroidPlugin

这个基于动态代理创建的插件方法，较为流行，里面有大量的hook技术，网络上也有很多解析此框架的文章，可以帮助理解。

它用了大量的hook，优点就是插件本身可以是正常的apk，无太多的限制，就用常规的app开发方式开发就好，这是它的最大优势，因为对插件无限制，所以框架本身就需要做大量的hook，是学习hook技法的良好例子。

DL : Apk动态加载框架

这个是以静态代理为基础创建的插件框架，并没有大量的hook，可以参看它的解析文章。

任大神的框架适配性较好，基本上是纯软件层的技术（静态代理），没怎么hook。当然缺点也相当明显，就是对于插件的开发要求很苛刻，必须实现框架本身自定义的一坨东西，与安卓标准的app开发差异较大，且越来越大，并且对于打包和开发过程并无工具支持，在实际应用过程中较为麻烦。退一步讲，并未有真正达到插化的目的，它对插件的限制较大。

现在已经基本没人用了，不过这属于开山之作。

Qigsaw

这个与其他插件框架的最大差别在于，它最接近于官方的东西（App bundle），它的重点在于项目模块化和打包上面，对于常规理解上的『插件』所做的事情特别少，hook特别少，安装和加载插件的过程比较很简单，接近原生，核心在于它的打包过程。这里有详细的介绍。

另外，包建强的书《Android插件化开发指南》也可以读一读的，书的好处在于，它毕竟是一个整体，从基础的技术原理到hook原理都有讲，还是相当不错的。不过书比较旧了，要结合作者的勘误，以及网上的文章一起来消化理解。

热修复原理

除了插件化，另外一个大厂热衷的技术便是热修复，这也是大厂头部应用的标配技术。其实插件化，也能实现热修复，比如某个插件，一般是厂里的一个业务，出问题了，紧急打包发布一个修复的版本，然后更新插件。不过，这略显笨重，相当于用牛刀去杀鸡了，总之就是效率不高。

真正的热修复技术讲究效率，且要小巧，针对点对点式的修复。它的核心原理就是替换，用反射去替换类（修改dex classloader中的dex顺序），以及对方法的替换（侵入虚拟机中的method表，进行替换），还分冷生效（类替换一般是冷生效，也即下次启动时生效）和热生效（方法替换一般是热的，下次调用此方法时就生效了，因为它并不涉及classloader，无需要重新加载类），还有插桩式的，在代码中直接插桩，先检查有没有patch，有patch就先运行patch（这个思路最简单，适配性也好，但实行难度大，需要对现有代码进行插桩）。

这几篇文章有比较详细的讨论。

具体的热修复工具

xposed派系

也即原生的Xposed和Xposed framework 以及大阿里的衍生版本dexposed。

针对方法可以热生效的hook，当年Dalvik时代，这个东西还是相当牛逼的，时过境迁虽然Art上无法用了，但不妨用来学习。

Andfix

原产自支付宝的与Xposed类似的方法级的hook工具，支持Dalvik与Art，值得使用和学习。

AndroidMethodHook

可以用来学习sophix，sophix是大阿里的东西，把andfix以及dexposed商业化了，不再开源免费用了。这个项目比较接近它们，可以用来学习。

Tinker

微信出品的Tinker，核心技术还是用dex替换实现的class替换，冷生效。

它的重点在于补丁dex的差量生成，以及发布平台，还做成了收费平台，变成一种服务。所以，你看核心技术是由目标平台（安卓）决定的，原理大家也都懂，各家也都大差不差的，也都有开源现成的方案可以用，但这远远不够，整个链路是值得深挖的，这也是能产生商业价值的地方。

这个与Nuwa一样，都用了代码插桩，当然插桩过程，是用了字节码工具（如ASM），进行编译时自动化处理，最终字节码（APK）是受影响的，但源码层面是无感知的。

瓶颈在哪里

插件化这项技术，它的成本特别高，但收益有限，需要庞大的研发体系来支持，并且只有长期投入，才能产出一些价值。因此，现在来说只有头部大厂才真正玩得转。

技术本身并不是瓶颈

这项技术的可行性是由Java决定的，因此一直是可行的。但每年的Android版本，都会对核心组件进行不同程度的强化和升级，这会导致之前的一些方案可能一下子就失效了。另外，手机厂商可能也会做一些修改，不过一般都比较小。

安卓版本升级，会对插件化有影响，甚至会让现有方案全部失效，但这个还真不是这项技术的瓶颈。因为安卓升级较慢，正常一年一个版本，但是对核心组件大变化，通常几年才有一次，这个速度对比三方技术的演进还是相当慢的。前面说了这项技术头部大厂最为受益，因此他们会有专门的专家级别的人物在研究，谷歌出了政策，很快就会对策出来，一般用不了多久，插件化技术大拿们就能给出针对新版本的解决方案。

由于开源和技术分享，很快便会在业界普及。因此，单就技术本身，绝不是瓶颈，并且由于开源的发展，核心业务本身都是开源的，大家都能很快使用最先进的技术。

网络和平台能力才是瓶颈

插件化这个事情，想要真正的用好，光有核心业务还是不够的。核心业务现在都有现成的开源库，拿过来就可以用，但这远远不够。

就从一个插件从开发人员手中到用户手中，并成功安装生效，这一过程拆来看需要多少东西吧：

插件的开发，需要一些辅助工具。理想的情况下，一个插件模块的开发，应该与常规应用开发是一样的，但毕竟它的构建目标是一个插件，而非标准的app，所以你需要针对核心业务插件框架适用的一些开发工具。这个一般开源框架中都有提供，但不见得有那么好。
构建和打包。如果是一个合格的插件化框架，一定会有怎么构建打包的配套设施。
测试和调试。这里面的难点在于，如何能尽可能的模拟真实的流程，并且能方便的来实施测试和验证结果
发布上线控制。一些细节就是如何精准推送，如何做灰度发布，以及发现问题后如何快速回滚（你看，这哪一项涉及插件化技术）
下载。客户端的一个最大的问题就是，客户端在客户那里，我们发布的东西都在服务器上，如何能让插件顺利的送达到用户手中。别小看这个，网络问题永远是出错误原因里面最多的一个，而且容易被测试忽略，因为研发人员自己的网络环境一般简单且稳定。（一个最简单的测试就是，当你在电梯里，地铁里，高铁时，厕所里，山上，河里，村里，手机里面的应用还有几个能正常联网的？）
安装和生效。这个也是插件化的核心业务，框架都会支持的。难点在于校验，就是客户端拿到的插件是不是符合预期的，文件有没有损坏，有没被篡改。
降级。这个通常插件化框架不会提供。降级的意思就是如果插件安装更新失败了，你怎么办？能否回滚，如果这个插件彻底废了，有没有H5页面可以用？

我们粗略来看，就能分出上面7个步骤，其实还有更细的。上面这些里，插件化开源框架一定能解决的是2和6，1和3会在一定程度上支持。而其他的只有靠自己了，当然也可能会有一些开源软件可以用，但它们并不纯是为了插件化而做的。这些东西都属于研发效率平台，甚至是涉及软件流程，基本上都属于商业公司的核心业务机密了，基本上是不可能开源的，而且不同的公司文化制度流程都不一样，即使开源给你了，也不一定用得上。但这恰恰又是最能体现一个公司结合技术实力的地方，小公司或者综合能力差的公司，即使有现成的插件化框架方案给你，你也用不好，因为配套设施不行。再次佐证，插件化这东西只有头部大厂才能玩得转，并产生正收益。

这些才是真正的瓶颈。

这是逆向工程技术

插件化需要用到大量的反射和动态代理技术去hook安卓系统，从而实现官方并不直接支持的特性，这属于逆向工程，与官方倡导的方向并不一致。

而且，只有在国内圈子里面才比较流行，国外的一些大厂和专家似乎并不愿意花时间和精力搞这些事情。很难简单的用好与坏来评价，只能说文化不同。

逆向工程技术局限性较大，很难长久发展，一旦官方把某个关键地方堵住（不能说是漏洞，而一些关键的对象和接口），很多插件框架可能就废掉了，当然了道高一尺，魔高一丈，总还是能找到可以hook的地方，仍总感觉怪怪的。

常规的技术，如编程范式（函数式编程，Reactive，RxJava），编程语言，平台框架和轮子（如Picasso，如OkHttp），这些是纯正的技术，不受制于任何平台，不但能长久发展，更能反过来推动官方进步（如OkHttp已被谷歌内置为安卓内部作为HTTP协议的实现）。

综合来说，除非你需要专门研究插件化，并能得到收益之外（对业务，对公司，对个人），对于插件化技术，了解一下就够了，而且这东西并不能真正的提升软件质量（它带来的问题比它解决的要多很多）。不如把时间花在业务上面，花在编程范式，花在编程语言，花在流行的框架和轮子上面，这更能提升软件质量，且是终生受益的。毕竟，假如代码质量够好，发出去的版本都可控，都能达到预期，也就没必要折腾插件化了（即使是对大厂头部应用来说，版本的发布仍主要是靠正常的apk发布，插件迭代一般用在正常版本来不及时使用比如电商的双11期间）。

研发工具（如Instant Run），调试工具（如获取一些运行时的信息，在线调试），测试工具（如Mock），不侵入源码式编程（动态插桩，AOP和依赖注入）才是反射和动态代理以及Hook的最终归宿，是值得我们深入研究和学习的方向。

稀有猿诉

十年磨一剑，历炼出锋芒，说话千百句，不如码二行。