需求場景：
當我們的app釋出以後，發現有bug,比如維護資料錯誤，應用邏輯錯誤，嚴重的可能引發應用崩潰。這時修改應用可能隻需要修改幾行代碼，或者某個方法就可以搞定。以前為了解決這樣的問題發隻能釋出新版本。而緊急釋出新版本會造成很惡劣的影響，使使用者使用的成本升高，并且影響産品在使用者心中的形象(不靠譜啊~~~)。
技術背景：
在不斷疊代我們的應用的時候，功能越多，不可避免的方法量也不斷增加，當方法量不斷增加，最終可能會遇到這樣的問題：
1.生成的apk在2.3以前的機器無法安裝，提示INSTALL_FAILED_DEXOPT
原因：
首先我們要知道打包過程中我們開發的java類的變化，首先java類被編譯成class檔案，接着class檔案會被編譯生成dex檔案，我們打包完成後，一個App的所有代碼都在一個dex檔案中(class.dex,解壓apk就可以看到)。當Android系統啟動一個應用的時候，會使用DexOpt工具對Dex進行優化，DexOpt的執行過程是在第一次加載Dex檔案的時候執行的。這個過程會生成一個ODEX檔案。執行ODex的效率會比直接執行Dex檔案的效率要高很多。但是在早期的Android系統中，DexOpt的LinearAlloc存在着限制: Android 2.2和2.3的緩沖區隻有5MB，Android 4.x提高到了8MB或16MB。當方法數量過多導緻超出緩沖區大小時，會造成dexopt崩潰,導緻無法安裝.
2. 方法數量過多，編譯時出錯，提示：
Conversion to Dalvik format failed:Unable to execute dex: method ID not in [0, 0xffff]: 65536
原因：
這是由于dex的檔案限制，dex檔案中method的的索引的id類型被定義為short類型(0~65535),field和class的個數也有此限制。導緻dex文的方法總數被限制為65536(包括自己開發以及所引用的Android Framework和第三方類庫的代碼)。
解決方案：
- facebook曾經遇到過這樣的問題，詳情檢視：https://www.facebook.com/notes/facebook-engineering/under-the-hood-dalvik-patch-for-facebook-for-android/10151345597798920
- 網上還有插件式解決方案，DynamicLod：https://github.com/singwhatiwanna/dynamic-load-apk
- google官方目前在已經在API 21中提供了通用的解決方案，那就是android-support-multidex.jar. 這個jar包最低可以支援到API 4的版本(Android L及以上版本會預設支援mutidex).
說了這麼多，到底跟我們的熱修複有什麼關系呢？ 以上三種解決方案都是基于dex分包： dex分包的解決方案。簡單來說，其原理是将編譯好的class檔案拆分打包成兩個dex，繞過dex方法數量的限制以及安裝時的檢查，在運作時再動态加載第二個dex檔案中。 這裡需要注意的是在具體的實施過程中，可以都不同的形式，比如DynamicLod使用的是apk檔案，可以包含資源檔案。不涉及資源時，可以使用簡單的編譯過的jar檔案。簡單來說，隻要能讓ClassLoader加載到dex檔案的歸檔檔案都是可以實作的(甚至可以是zip)。 OK~ 這就是更新檔的基礎，讓app加載多個dex檔案，假如我的釋出包裡有一個Qzone.class,釋出之後發現這個類有bug,然後修改了一行代碼(一定是大意導緻的~~~)，然後把這個類打成dex包(具體操作後文詳述)。用戶端通過某種途徑下載下傳到用戶端(一般通過是下載下傳)，啟動應用時讓app加載這個patch.jar包。注意原本我們的項目裡有一個Qzone.class，此處我們的patch.jar裡面也有一個Qzone.class，那麼ClassLoader在加載dex的時候是怎麼加載的呢？我們看看BaseClassLoader的源碼：
public Class findClass(String name, List<Throwable> suppressed) {
for (Element element : dexElements) {
DexFile dex = element.dexFile;
if (dex != null) {
Class clazz = dex.loadClassBinaryName(name, definingContext, suppressed);
if (clazz != null) {
return clazz;
}
}
}
if (dexElementsSuppressedExceptions != null) {
suppressed.addAll(Arrays.asList(dexElementsSuppressedExceptions));
}
return null;
}
一個ClassLoader可以包含多個dex檔案，每個dex檔案是一個Element，多個dex檔案排列成一個有序的數組dexElements，當找類的時候，會按順序周遊dex檔案，然後從目前周遊的dex檔案中找類，如果找類則傳回，如果找不到從下一個dex檔案繼續查找。
理論上，如果在不同的dex中有相同的類存在，那麼會優先選擇排在前面的dex檔案的類，此處盜一張圖：
也就是說，如果patch.jar的dex在app包dex的前面，修複過 Qzone.class會被加載，原來包裡的Qzone.class被忽略。
說到這兒，相信看懂的同學已經笑了，原來更新檔的原理這麼簡單~~~
OK~ 那我們怎麼去實作這個Android的更新檔方案呢，網上有幾種解決方案：
- https://github.com/dodola/HotFix
- https://github.com/jasonross/Nuwa
- https://github.com/bunnyblue/DroidFix
- https://github.com/alibaba/dexposed
- https://github.com/alibaba/AndFix
其中後兩個解決方案是基于C的實作， 前三個解決方案是java的解決方案，思路和實作方式基本一緻。因為Nuwa的内部實作了很多自動化的處理，本文以Nuwa為例。
Nuwa架構實作 使用Nuwa的第一步是初始化，源碼如下：
public static void init(Context context) {
File dexDir = new File(context.getFilesDir(), DEX_DIR);
dexDir.mkdir();
String dexPath = null;
try {
dexPath = AssetUtils.copyAsset(context, HACK_DEX, dexDir);
} catch (IOException e) {
Log.e(TAG, "copy " + HACK_DEX + " failed");
e.printStackTrace();
}
loadPatch(context, dexPath);
}
init()函數做了兩件事：1，把asset目錄下的hack,apk拷貝到應用的私有目錄下；2，加載hack.apk到ClassLoader中dexElement的最前面。
loadPatch方法也是之後進行熱修複的關鍵方法，你的所有更新檔檔案都是通過這個方法動态加載進來
public static void loadPatch(Context context, String dexPath) {
if (context == null) {
Log.e(TAG, "context is null");
return;
}
if (!new File(dexPath).exists()) {
Log.e(TAG, dexPath + " is null");
return;
}
File dexOptDir = new File(context.getFilesDir(), DEX_OPT_DIR);
dexOptDir.mkdir();
try {
DexUtils.injectDexAtFirst(dexPath, dexOptDir.getAbsolutePath());
} catch (Exception e) {
Log.e(TAG, "inject " + dexPath + " failed");
e.printStackTrace();
}
}
其中調用injectDexAtFirst将dex放到ClassLoader中dexElements的最前面的方法： public static void injectDexAtFirst(String dexPath, String defaultDexOptPath) throws NoSuchFieldException, IllegalAccessException, ClassNotFoundException {
DexClassLoader dexClassLoader = new DexClassLoader(dexPath, defaultDexOptPath, dexPath, getPathClassLoader());
Object baseDexElements = getDexElements(getPathList(getPathClassLoader()));
Object newDexElements = getDexElements(getPathList(dexClassLoader));
Object allDexElements = combineArray(newDexElements, baseDexElements);
Object pathList = getPathList(getPathClassLoader());
ReflectionUtils.setField(pathList, pathList.getClass(), "dexElements", allDexElements);
}
内部使用combineArray()方法将這兩個對象進行結合，将我們傳進來的dex插到該對象的最前面，之後調用ReflectionUtils.setField()方法，将dexElements進行替換。combineArray方法中做的就是擴充數組，将第二個數組插入到第一個數組的最前面
private static Object combineArray(Object firstArray, Object secondArray) {
Class<?> localClass = firstArray.getClass().getComponentType();
int firstArrayLength = Array.getLength(firstArray);
int allLength = firstArrayLength + Array.getLength(secondArray);
Object result = Array.newInstance(localClass, allLength);
for (int k = 0; k < allLength; ++k) {
if (k < firstArrayLength) {
Array.set(result, k, Array.get(firstArray, k));
} else {
Array.set(result, k, Array.get(secondArray, k - firstArrayLength));
}
}
return result;
}
這個hack.apk裡面隻有一個類，下面看一下這個Hack.java的源碼：
public class Hack {
}
原來這個類什麼都沒幹~~~那我們費這麼大勁加載這個包幹嘛？
因為這裡面還存在一個
CLASS_ISPREVERIFIED
的問題，對于這個問題呢，詳見：安卓App熱更新檔動态修複技術介紹
關于這個
CLASS_ISPREVERIFIED
，簡單來說就是：
在虛拟機啟動的時候，當verify選項被打開的時候，如果static方法、private方法、構造函數等，其中的直接引用（第一層關系）到的類都在同一個dex檔案中，那麼該類就會被打上
CLASS_ISPREVERIFIED
标志。
注意，是阻止引用者的類，在Nuwa的示例裡面，MainActivity内部引用了Hello。釋出過程中發現
Hello
有編寫錯誤，那麼想要釋出一個新的
Hello
類，那麼你就要阻止
MainActivity
這個類打上
CLASS_ISPREVERIFIED
的标志。也就是說，在生成apk之前，就需要阻止相關類打上
CLASS_ISPREVERIFIED
的标志了。對于如何阻止，上面的文章說的很清楚，讓
MainActivity
在構造方法中，去引用别的dex檔案，在本例中，就是hack.apk。
關于注入Hello方式，具體參見：http://blog.csdn.net/sbsujjbcy/article/details/50812674
其實這個問題Nuwa架構内部已經解決了，我們要做的就是給app打更新檔包，下面我們來看看怎麼給app打更新檔。
OK~
一開始我們的app運作的界面是這樣的：
接下來我們把Hello.java代碼修改掉：
public class Hello {
public String say() {
return "hello world~~~ After Fix";
}
}
然後需要把我們的Hello.java打成patch_dex.jar包：
下一步就是把我們的patch.jar加載進來，一行代碼搞定：
class打成jar包(可指定class檔案)
jar cvf patch.jar
cn/
jiajixin/nuwasample/Hello/Hello.java
jar打成dex包(dx工具在sdk的build-tools目錄下)
dx --dex --output patch_dex.jar patch.jar
最後要在Application裡面加載我們的更新檔包：
Nuwa.loadPatch(this, Environment.getExternalStorageDirectory().getAbsolutePath().concat("/patch_dex.jar"));
同樣是調用loadPatch()和injectDexAtFirst()方法将dex插入到dexElements最前面。
關閉app.重新打開，MainActivity的界面變成這樣了：
到此為止，Nuwa架構的實作和流程就分析完了，希望對大家有一些幫助~~~