先回顧下前文描述的使用方法：

public class MainApplication extends Application {
    private static final String TAG = " andrew";

    private static final String APATCH_PATH = "/out.apatch";

    private static final String DIR = "apatch";//補丁文件夾
    /**
     * patch manager
     */
    private PatchManager mPatchManager;

    @Override
    public void onCreate() {
        super.onCreate();
        // initialize
        mPatchManager = new PatchManager(this);
        mPatchManager.init("1.0");
        Log.d(TAG, "inited.");

        // load patch
        mPatchManager.loadPatch();
        try {
            // .apatch file path
            String patchFileString = Environment.getExternalStorageDirectory()
                    .getAbsolutePath() + APATCH_PATH;
            mPatchManager.addPatch(patchFileString);
            Log.d(TAG, "apatch:" + patchFileString + " added.");

            //復制且加載補丁成功後，刪除下載的補丁
            File f = new File(this.getFilesDir(), DIR + APATCH_PATH);
            if (f.exists()) {
                boolean result = new File(patchFileString).delete();
                if (!result)
                    Log.e(TAG, patchFileString + " delete fail");
            }
        } catch (IOException e) {
            Log.e(TAG, "", e);
        }
    }
}

1. 第一步：實例化PatchManager

mPatchManager = new PatchManager(this);

SP_VERSION 更多象征app的版本，該值不變時，打補丁；改變時，清空補丁

 // patch extension
    private static final String SUFFIX = ".apatch";//後綴名
    private static final String DIR = "apatch";//補丁文件夾
    private static final String SP_NAME = "_andfix_";
    private static final String SP_VERSION = "version";//熱更新補丁時，版本不變，自動加載補丁；apk完整更新發布時，版本提升，本地會自動刪除以前加載在apatch文件夾裡的補丁，防止二次載入過時補丁

    /**
     * context
     */
    private final Context mContext;
    /**
     * AndFix manager
     */
    private final AndFixManager mAndFixManager;
    /**
     * patch directory
     */
    private final File mPatchDir;
    /**
     * patchs
     */
    private final SortedSet mPatchs;
    /**
     * classloaders
     */
    private final Map mLoaders;
    /**
     * @param context context
     */

    public PatchManager(Context context) {
        mContext = context;
        mAndFixManager = new AndFixManager(mContext);//初始化AndFixManager
        mPatchDir = new File(mContext.getFilesDir(), DIR);//初始化存放patch補丁文件的文件夾, data/data/包名/files/patch
        mPatchs = new ConcurrentSkipListSet();//初始化存在Patch類的集合,此類適合大並發
        mLoaders = new ConcurrentHashMap();//初始化存放類對應的類加載器集合
    }

2. 第二步：版本管理器初始化PatchManager. init

大致就是從SharedPreferences讀取以前存的版本和你傳過來的版本進行比對，如果兩者版本不一致就刪除本地patch，否則調用initPatchs()這個方法

 /**
     * initialize
     *
     * @param appVersion App version
     */
    public void init(String appVersion) {
        if (!mPatchDir.exists() && !mPatchDir.mkdirs()) {// make directory fail
            Log.e(TAG, "patch dir create error.");
            return;
        } else if (!mPatchDir.isDirectory()) {//如果遇到同名的文件，則將該同名文件刪除
            mPatchDir.delete();
            return;
        }
        //在該文件下放入一個名為_andfix_的SharedPreferences文件
        SharedPreferences sp = mContext.getSharedPreferences(SP_NAME,
                Context.MODE_PRIVATE);//存儲關於patch文件的信息
        //根據你傳入的版本號和之前的對比，做不同的處理
        String ver = sp.getString(SP_VERSION, null);
        //根據版本號加載補丁文件，版本號不同清空緩存目錄
        if (ver == null || !ver.equalsIgnoreCase(appVersion)) {
            cleanPatch();//刪除本地patch文件
            sp.edit().putString(SP_VERSION, appVersion).commit();//並把傳入的版本號保存
        } else {
            initPatchs();//初始化patch列表，把本地的patch文件加載到內存
        }
    }

2.1 初始化patch列表，把本地的patch文件加載到內存:initPatchs()

分析下initPatchs()它做了什麼，其實代碼很簡單，就是把mPatchDir文件夾下的文件作為參數傳給了addPatch(File)方法，然後調用addPatch()方法

    private void initPatchs() {
        File[] files = mPatchDir.listFiles();
        for (File file : files) {
            addPatch(file);
        }
    }

2.1.1 file轉內存，並存儲列表中：addPatch(File file)

 /**
     * add patch file
     *
     * @param file
     * @return patch
     */
    //把擴展名為.apatch的文件傳給Patch做參數，初始化對應的Patch，
//並把剛初始化的Patch加入到我們之前看到的Patch集合mPatchs中
    private Patch addPatch(File file) {
        Patch patch = null;
        if (file.getName().endsWith(SUFFIX)) {
            try {
                patch = new Patch(file);//實例化Patch對象
                mPatchs.add(patch);//把patch實例存儲到內存的集合中,在PatchManager實例化集合
            } catch (IOException e) {
                Log.e(TAG, "addPatch", e);
            }
        }
        return patch;
    }

2.1.1.1 實例化Patch對象

可以看到裡面有JarFile, JarEntry, Manifest, Attributes,通過它們一層層的從Jar文件中獲取相應的值，提到這裡大家可能會奇怪,明明是.patch文件，怎麼又變成Jar文件了？其實是通過阿裡打補丁包工具生成補丁的時候寫入相應的值，補丁文件其實就相到於jar包，只不過它們的擴展名不同而已

public class Patch implements Comparable {
    private static final String ENTRY_NAME = "META-INF/PATCH.MF";
    private static final String CLASSES = "-Classes";
    private static final String PATCH_CLASSES = "Patch-Classes";
    private static final String CREATED_TIME = "Created-Time";
    private static final String PATCH_NAME = "Patch-Name";

    /**
     * patch file
     */
    private final File mFile;
    /**
     * name
     */
    private String mName;
    /**
     * create time
     */
    private Date mTime;
    /**
     * classes of patch
     */
    private Map> mClassesMap;

    public Patch(File file) throws IOException {
        mFile = file;
        init();
    }

    @SuppressWarnings("deprecation")
    private void init() throws IOException {
        JarFile jarFile = null;
        InputStream inputStream = null;
        try {
            jarFile = new JarFile(mFile);//使用JarFile讀取Patch文件
            JarEntry entry = jarFile.getJarEntry(ENTRY_NAME);//獲取META-INF/PATCH.MF文件
            inputStream = jarFile.getInputStream(entry);
            Manifest manifest = new Manifest(inputStream);
            Attributes main = manifest.getMainAttributes();
            mName = main.getValue(PATCH_NAME);//獲取PATCH.MF屬性Patch-Name
            mTime = new Date(main.getValue(CREATED_TIME));//獲取PATCH.MF屬性Created-Time

            mClassesMap = new HashMap>();
            Attributes.Name attrName;
            String name;
            List strings;
            for (Iterator it = main.keySet().iterator(); it.hasNext();) {
                attrName = (Attributes.Name) it.next();
                name = attrName.toString();
                //判斷name的後綴是否是-Classes，並把name對應的值加入到集合中，對應的值就是class類名的列表
                if (name.endsWith(CLASSES)) {
                    strings = Arrays.asList(main.getValue(attrName).split(","));
                    if (name.equalsIgnoreCase(PATCH_CLASSES)) {
                        mClassesMap.put(mName, strings);
                    } else {
                        mClassesMap.put(
                                name.trim().substring(0, name.length() - 8),// remove
                                // "-Classes"
                                strings);
                    }
                }
            }
        } finally {
            if (jarFile != null) {
                jarFile.close();
            }
            if (inputStream != null) {
                inputStream.close();
            }
        }

    }

    public String getName() {
        return mName;
    }

    public File getFile() {
        return mFile;
    }

    public Set getPatchNames() {
        return mClassesMap.keySet();
    }

    public List getClasses(String patchName) {
        return mClassesMap.get(patchName);
    }

    public Date getTime() {
        return mTime;
    }

    @Override
    public int compareTo(Patch another) {
        return mTime.compareTo(another.getTime());
    }

}

2. 第三步：PatchManager. loadPatch（）

這個方法就是遍歷mPatchs中每個patch的每個類，mPatchs就是上文介紹的存儲patch的一個集合。根據補丁名找到對應的類，做為參數傳給fix（）

    /**
     * load patch,call when application start
     */
    public void loadPatch() {
        mLoaders.put("*", mContext.getClassLoader());// wildcard
        Set patchNames;
        List classes;
        for (Patch patch : mPatchs) {
            patchNames = patch.getPatchNames();
            for (String patchName : patchNames) {
                classes = patch.getClasses(patchName);
                mAndFixManager.fix(patch.getFile(), mContext.getClassLoader(),
                        classes);
            }
        }
    }

總結 一下， java 層的功能就是找到補丁文件，根據補丁中的注解找到將要替換的方法然後交給jni層去處理替換方法的操作

2.1 fix

遍歷dexFile文件中所有的類， 如果有需要修改的類集合中在這個Dex文件中找到了一樣的類，則使用loadClass(String, ClassLoader)加載這個類， 然後調用fixClass(String, ClassLoader)修復這個類

    /**
     * fix
     * 
     * @param file
     *            patch file
     * @param classLoader
     *            classloader of class that will be fixed
     * @param classes
     *            classes will be fixed
     */
    public synchronized void fix(File file, ClassLoader classLoader,
            List classes) {
        if (!mSupport) {
            return;
        }

        //判斷patch文件的簽名
        if (!mSecurityChecker.verifyApk(file)) {// security check fail
            return;
        }

        try {
            File optfile = new File(mOptDir, file.getName());
            boolean saveFingerprint = true;
            if (optfile.exists()) {
                // need to verify fingerprint when the optimize file exist,
                // prevent someone attack on jailbreak device with
                // Vulnerability-Parasyte.
                // btw:exaggerated android Vulnerability-Parasyte
                // http://secauo.com/Exaggerated-Android-Vulnerability-Parasyte.html
                if (mSecurityChecker.verifyOpt(optfile)) {
                    saveFingerprint = false;
                } else if (!optfile.delete()) {
                    return;
                }
            }

            //加載patch文件中的dex
            final DexFile dexFile = DexFile.loadDex(file.getAbsolutePath(),
                    optfile.getAbsolutePath(), Context.MODE_PRIVATE);

            if (saveFingerprint) {
                mSecurityChecker.saveOptSig(optfile);
            }

            ClassLoader patchClassLoader = new ClassLoader(classLoader) {
                @Override
                protected Class findClass(String className)
                        throws ClassNotFoundException {
                    Class clazz = dexFile.loadClass(className, this);
                    if (clazz == null
                            && className.startsWith("com.alipay.euler.andfix")) {
                        return Class.forName(className);// annotation’s class
                                                        // not found
                    }
                    if (clazz == null) {
                        throw new ClassNotFoundException(className);
                    }
                    return clazz;
                }
            };
            Enumeration entrys = dexFile.entries();
            Class clazz = null;
            while (entrys.hasMoreElements()) {
                String entry = entrys.nextElement();
                if (classes != null && !classes.contains(entry)) {
                    continue;// skip, not need fix
                }
                clazz = dexFile.loadClass(entry, patchClassLoader);//獲取有bug的類文件
                if (clazz != null) {
                    fixClass(clazz, classLoader);
                }
            }
        } catch (IOException e) {
            Log.e(TAG, "pacth", e);
        }
    }

2.1.1 修復某個類

/**
     * fix class
     * 
     * @param clazz
     *            class
     */
    private void fixClass(Class clazz, ClassLoader classLoader) {
        //使用反射獲取這個類中所有的方法
        Method[] methods = clazz.getDeclaredMethods();
        //MethodReplace是這個庫自定義的Annotation，標記哪個方法需要被替換
        MethodReplace methodReplace;
        String clz;
        String meth;
        for (Method method : methods) {
            //獲取此方法的注解，因為有bug的方法在生成的patch的類中的方法都是有注解的
            //還記得對比過程中生成的Annotation注解嗎
            //這裡通過注解找到需要替換掉的方法
            methodReplace = method.getAnnotation(MethodReplace.class);
            if (methodReplace == null)
                continue;
            clz = methodReplace.clazz();//獲取注解中clazz的值，標記的類
            meth = methodReplace.method();//獲取注解中method的值，需要替換的方法
            if (!isEmpty(clz) && !isEmpty(meth)) {
             //所有找到的方法，循環替換
                replaceMethod(classLoader, clz, meth, method);
            }
        }
    }

2.1.1.1 判斷是否替換方法並替換 replaceMethod

/**
     * replace method
     * 
     * @param classLoader classloader
     * @param clz class
     * @param meth name of target method 
     * @param method source method
     */
    private void replaceMethod(ClassLoader classLoader, String clz,
            String meth, Method method) {
        try {
            String key = clz + "@" + classLoader.toString();
            Class clazz = mFixedClass.get(key);//判斷此類是否被fix
            if (clazz == null) {// class not load
                Class clzz = classLoader.loadClass(clz);
                // initialize target class
                clazz = AndFix.initTargetClass(clzz);//初始化class
            }
            if (clazz != null) {// initialize class OK
                mFixedClass.put(key, clazz);
                Method src = clazz.getDeclaredMethod(meth,
                        method.getParameterTypes());//根據反射獲取到有bug的類的方法(有bug的apk)
                AndFix.addReplaceMethod(src, method);//src是有bug的方法，method是補丁方法
            }
        } catch (Exception e) {
            Log.e(TAG, "replaceMethod", e);
        }
    }

調用jni替換，src是有bug的方法，method是補丁方法

    private static native boolean  setup(boolean isArt, int apilevel);

    private static native void replaceMethod(Method dest, Method src);

    private static native void setFieldFlag(Field field);

    public static void addReplaceMethod(Method src, Method dest) {
        try {
            replaceMethod(src, dest);//調用了native方法，next code
            initFields(dest.getDeclaringClass());
        } catch (Throwable e) {
            Log.e(TAG, "addReplaceMethod", e);
        }
    }

總結 一下， java 層的功能就是找到補丁文件，根據補丁中的注解找到將要替換的方法然後交給jni層去處理替換方法的操作

2.2 jni層處理替換

替換原來方法的處理方式我們看起來會有點熟悉，一般的java hook差不多都是這樣的套路，在jni中找到要替換方法的Method對象，修改它的一些屬性，讓它指向新方法的Method對象。

以上所有的過程是在應用MainApplication的onCreate中被調用，所以當應用重啟後，原方法和補丁方法都被加載到內存中，並完成了替換，在後面的運行中就會執行補丁中的方法了。

AndFix的優點是像正常修復bug那樣來生成補丁包，但可以看出無論是dexposed還是AndFix，都利用了java hook的技術來替換要修復的方法，這就需要我們理解dalvik虛擬機加載、運行java方法的機制，並要掌握libdvm中一些關鍵的數據結構和函數的使用。

static jboolean setup(JNIEnv* env, jclass clazz, jboolean isart,
  jint apilevel) {
 isArt = isart;
 LOGD("vm is: %s , apilevel is: %i", (isArt ? "art" : "dalvik"),
   (int )apilevel);
 if (isArt) {
  return art_setup(env, (int) apilevel);
 } else {
  return dalvik_setup(env, (int) apilevel);
 }
}

static void replaceMethod(JNIEnv* env, jclass clazz, jobject src,
  jobject dest) {
 if (isArt) {
  art_replaceMethod(env, src, dest);
 } else {
  dalvik_replaceMethod(env, src, dest);
 }
}

根據上層傳過來的 isArt 判斷調用 Dalvik 還是 Art 的方法。

以 Dalvik 為例,繼續往下分析,代碼在 dalvik_method_replace.cpp 中

dalvik_setup 方法

extern jboolean __attribute__ ((visibility ("hidden"))) dalvik_setup(
  JNIEnv* env, int apilevel) {
 jni_env = env;
 void* dvm_hand = dlopen("libdvm.so", RTLD_NOW);
 if (dvm_hand) {
  ...
  //使用dlsym方法將dvmCallMethod_fnPtr函數指針指向libdvm.so中的  //dvmCallMethod方法，也就是說可以通過調用該函數指針執行其指向的方法
  //下面會用到dvmCallMethod_fnPtr
  dvmCallMethod_fnPtr = dvm_dlsym(dvm_hand,
   apilevel > 10 ?
   "_Z13dvmCallMethodP6ThreadPK6MethodP6ObjectP6JValuez" :
   "dvmCallMethod");
  ...
  }
}

替換方法的關鍵在於 native 層怎麼影響內存裡的java代碼，我們知道 java 代碼裡將一個方法聲明為 native 方法時,對此函數的調用就會到 native 世界裡找，AndFix原理就是將一個不是native的方法修改成native方法，然後在 native 層進行替換，通過 dvmCallMethod_fnPtr 函數指針來調用 libdvm.so 中的 dvmCallMethod() 來加載替換後的新方法，達到替換方法的目的。 Jni 反射調用 java 方法時要用到一個 jmethodID 指針,這個指針在 Dalvik 裡其實就是 Method 類,通過修改這個類的一些屬性就可以實現在運行時將一個方法修改成 native 方法。

看下 dalvik_replaceMethod(env, src, dest);

extern void __attribute__ ((visibility ("hidden"))) dalvik_replaceMethod(
  JNIEnv* env, jobject src, jobject dest) {
 jobject clazz = env->CallObjectMethod(dest, jClassMethod);
 ClassObject* clz = (ClassObject*) dvmDecodeIndirectRef_fnPtr(
   dvmThreadSelf_fnPtr(), clazz);
 //設置為初始化完畢
 clz->status = CLASS_INITIALIZED;
 //meth是將要被替換的方法
 Method* meth = (Method*) env->FromReflectedMethod(src);
 //target是新的方法
 Method* target = (Method*) env->FromReflectedMethod(dest);
 LOGD("dalvikMethod: %s", meth->name);

 meth->jniArgInfo = 0x80000000;
 //修改method的屬性，將meth設置為native方法
 meth->accessFlags |= ACC_NATIVE;

 int argsSize = dvmComputeMethodArgsSize_fnPtr(meth);
 if (!dvmIsStaticMethod(meth))
  argsSize++;
 meth->registersSize = meth->insSize = argsSize;
 //將新的方法信息保存到insns
 meth->insns = (void*) target;
 //綁定橋接函數，java方法的跳轉函數
 meth->nativeFunc = dalvik_dispatcher;
}

static void dalvik_dispatcher(const u4* args, jvalue* pResult,
  const Method* method, void* self) {

 Method* meth = (Method*) method->insns;
 meth->accessFlags = meth->accessFlags | ACC_PUBLIC;
 if (!dvmIsStaticMethod(meth)) {
  Object* thisObj = (Object*) args[0];
  ClassObject* tmp = thisObj->clazz;
  thisObj->clazz = meth->clazz;
  argArray = boxMethodArgs(meth, args + 1);
  if (dvmCheckException_fnPtr(self))
   goto bail;

  dvmCallMethod_fnPtr(self, (Method*) jInvokeMethod,
    dvmCreateReflectMethodObject_fnPtr(meth), &result, thisObj,
    argArray);

  thisObj->clazz = tmp;
 } else {
  argArray = boxMethodArgs(meth, args);
  if (dvmCheckException_fnPtr(self))
   goto bail;

  dvmCallMethod_fnPtr(self, (Method*) jInvokeMethod,
    dvmCreateReflectMethodObject_fnPtr(meth), &result, NULL,
    argArray);
 }
 bail: dvmReleaseTrackedAlloc_fnPtr((Object*) argArray, self);

通過 dalvik_dispatcher 這個跳轉函數完成最後的替換工作，到這裡就完成了兩個方法的替換，有問題的方法就可以被修復後的方法取代。ART的替換方法就不講了，原理上差別不大。

第四步：本地緩存補丁文件

// 緩存目錄data/data/package/file/apatch/會緩存補丁文件
// 即使原目錄被刪除也可以打補丁

 /**
     * add patch at runtime
     *
     * @param path patch path
     * @throws IOException
     */
    public void addPatch(String path) throws IOException {
        File src = new File(path);
        File dest = new File(mPatchDir, src.getName());
        if (!src.exists()) {
            throw new FileNotFoundException(path);
        }
        if (dest.exists()) {
            Log.d(TAG, "patch [" + src.getName() + "] has be loaded.");
            boolean deleteResult = dest.delete();
            if (deleteResult)
                Log.e(TAG, "patch [" + dest.getPath() + "] has be delete.");
            else {
                Log.e(TAG, "patch [" + dest.getPath() + "] delete error");
                return;
            }
        }
        //拷貝文件
        FileUtil.copyFile(src, dest);// copy to patch's directory
        Patch patch = addPatch(dest);
        if (patch != null) {
            loadPatch(patch);
        }
    }