深入理解Android热修复技术原理之资源热修复技术

一、普遍的实现方式

目前市面上的很多资源热修复方案基本上都是参考了 Instant Run的实现。

简要说来，Instant Run中的资源热修复分为两步：

1.构造一个新的 AssetManager，并通过反射调用 addAssetPath，把这个完 整的新资源包加入到AssetManager中。这样就得到了一个含有所有新资源的 AssetManager。

2.找到所有之前引用到原有 AssetManager的地方，通过反射，把引用处替换 为 AssetManager。

一个 Android 进程只包含一个 ResTable, ResTable 的成员变量 mPackageGroups 就是所有解析过的资源包的集合。任何一个资源包中都含有 resources.arsc，它记录了所有资源的id分配情况以及资源中的所有字符串。这些信息是以二进制方式存储的。底层的AssetManager做的事就是解析这个文件，然后把相关信息存储到 mPackageGroups 里面。

二、资源文件的格式

整个 resources.arse 文件，实际上是由一个个 ResChunk （以下简称 chunk） 拼接起来的。从文件头开始，每个 chunk 的头部都是一个 ResChunk_header结构，它指示了这个chunk的大小和数据类型。

通过ResChunk_header中的type成员，可以知道这个chunk是什么类型, 从而就可以知道应该如何解析这个chunko

解析完一个 chunk 后，从这个 chunk + size的位置开始，就可以得到下一个 chunk 起始位置，这样就可以依次读取完整个文件的数据内容。

一般来说，一个 resources.arsc 里面包含若干个package，不过默认情况下， 由打包工具aapt 打出来的包只有一个 package。这个 package里包含了 app中的 所有资源信息。

资源信息主要是指每个资源的名称以及它对应的编号。我们知道，Android中的每个资源，都有它唯一的编号。编号是一个 32 位数字，用十六进制来表示就是0xPPTTEEEE。PP 为 package id, TT 为 type id, EEEE 为 entry id。

它们代表什么？在 resources.arse 里是以怎样的方式记录的呢？

• 对于 package id，每个 package 对应的是类型为 RES_TABLE_PACKAG E_ TYPE 的 ResTable_package 结构体，ResTable_package 结构体的 id 成员变量就表示它的 package id。
• 对于 type id，每个type对应的是类型为 RES_TABLE_TYPE_SPEC_ TYPE 的 ResTable_typeSpec 结构体。它的id成员变量就是type id。但是，该type id 具体对应什么类型，是需要到package chunk 里的 Type String Pool 中去解析得到的。比如 Type String Pool 中依次有 attr、 drawablex mipmap、layout 字符串。就表示 attr 类型的 type id 为 1, drawable 类型的 type id 为 2, mipmap 类型的 type id 为 3, layout 类型的type id 为 4。所以，每个 type id对应了 Type String Pool里的字符顺序 所指定的类型。
• 对于 entry id，每个 entry表示一个资源项，资源项是按照排列的先后顺序 自动被标机编号的。也就是说，一个type里按位置出现的第一个资源项，其 entry id 为0x0000，第二个为 0x0001，以此类推。因此我们是无法直接指定entry id的，只能够根据排布顺序决定。资源项之间是紧密排布的，没有空隙，但是可以指定资源项为ResTable_type::NO_ENTRY来填入一个空资源。

举个例子，我们随便找个带资源的 apk，用 aapt解析一下，看到其中的一行是:

$ aapt d resources app-debug.apk

　......

　spec resource 0x7f040019 com.taobao.patch.demo:layout/activity_main: flags=0x00000000

　......

这就表示，activity_main.xml 这个资源的编号是 0x7f040019。它的 package id 是 0x7f，资源类型的id为0x04, Type String Pool里的第四个字符串正是 layout 类型，而 0x04 类型的第 0x0019 个资源项就是 activity_main 这个资源。

三、运行时资源的解析

默认由 Android SDK 编出来的 apk，是由 aapt 具进行打包的，其资源包的 package id 就是 0x7f。

系统的资源包，也就是 framework-res.jar, package id 为 0x01。

在走到 app的第一行代码之前，系统就已经帮我们构造好一个已经添加了安装包资源的 AssetManager 了。

因此，这个 AssetManager里就已经包含了系统资源包以及 app的安装包，就是 package id 为 0x01 的 framework-res.jar 中的资源和 package id 为 0x7f 的 app 安装包资源。

如果此时直接在原有 AssetManager 上继续 addAssetPath的完整补丁包的 话，由于补丁包里面的package id 也是 0x7f，就会使得同一个 package id的包被 加载两次。这会有怎样的问题呢？

在 Android L 之后，这是没问题的，他会默默地把后来的包添加到之前的包的同—个 PackageGroup 下面。

而在解析的时候，会与之前的包比较同一个 type id所对应的类型，如果该类型 下的资源项数目和之前添加过的不一致，会打出一条warning log，但是仍旧加入到该类型的TypeList 中。

在获取某个 Type的资源时，会从前往后遍历，也就是说先得到原有安装包里 的资源，除非后面的资源的config比前面的更详细才会发生覆盖。而对于同一个 config 而言，补丁中的资源就永远无法生效了。所以在 Android L以上的版本，在原有AssetManager 上加入补丁包，是没有任何作用的，补丁中的资源无法生效。

而在 Android 4.4 及以下版本，addAssetPath只是把补丁包的路径添加到 了 mAssetPath中，而真正解析的资源包的逻辑是在app第一次执行 AssetManager::getResTable 的时候。

而在执行到加载补丁代码的时候，getResTable已经执行过了无数次了。这是因为就算我们之前没做过任何资源相关操作，Android framework里的代码也会多 次调用到那里。所以，以后即使是addAssetPath，也只是添加到了 mAssetPath, 并不会发生解析。所以补丁包里面的资源是完全不生效的！

所以，像 Instant Run 这种方案，一定需要一个全新的 AssetManager时，然后再加入完整的新资源包，替换掉原有的AssetManager。

四、另辟蹊径的资源修复方案

而一个好的资源热修复方案是怎样的呢？

首先，补丁包要足够小，像直接下发完整的补丁包肯定是不行的，很占用空间。

而像有些方案，是先进行 bsdiff，对资源包做差量，然后下发差量包，在运行时 合成完整包再加载。这样确实减小了包的体积，但是却在运行时多了合成的操作，耗费了运行时间和内存。合成后的包也是完整的包，仍旧会占用磁盘空间。

而如果不采用类似 Instant Run 的方案，市面上许多实现，是自己修改aapt, 在打包时将补丁包资源进行重新编号。这样就会涉及到修改 Android SDK工具包, 即不利于集成也无法很好地对将来的aapt 版本进行升级。

针对以上几个问题，一个好的资源热修复方案，既要保证补丁包足够小，不在 运行时占用很多资源，又要不侵入打包流程。我们提出了一个目前市面上未曾实现 的方案。

简单来说，我们构造了一个 package id 为 0x66的资源包，这个包里只包含改变了的资源项，然后直接在原有AssetManager 中 addAssetPath 这个包。然后就可以了。真的这么简单？

没错！由于补丁包的 package id 为 0x66，不与目前已经加载的 0x7f冲突，因 此直接加入到已有的AssetManager中就可以直接使用了。补丁包里面的资源，只包含原有包里面没有而新的包里面有的新增资源，以及原有内容发生了改变的资源。

而资源的改变包含增加、减少' 修改这三种情况，我们分别是如何处理的呢？

• 对于新增资源，直接加入补丁包，然后新代码里直接引用就可以了，没什么好说的。
• 对于减少资源，我们只要不使用它就行了，因此不用考虑这种情况，它也不影响补丁包。
• 对于修改资源，比如替换了一张图片之类的情况。我们把它视为新增资源, 在打入补丁的时候，代码在引用处也会做相应修改，也就是直接把原来使用旧资源 id 的地方变为新 id。

用一张图来说明补丁包的情况，是这样的：

图中绿线表示新增资源。红线表示内容发生修改的资源。黑线表示内容没有变 化，但是id 发生改变的资源。x 表示删除了的资源。

4.1、新增的资源及其导致 id 偏移

可以看到，新的资源包与旧资源包相比，新增了 holo_grey 和 dropdn_item2 资源，新增的资源被加入到 patch中。并分配了 0x66 开头的资源 id。

而新增的两个资源导致了在它们所属的 type 中跟在它们之后的资源 id发生了 位移。比如 holojight, id 由 0x7f020002 变为 0x7f020003，而 abc_dialog 由 0x7f030004 变为 0x7f030003。新资源插入的位置是随机的，这与每次 aapt打包 时解析xml 的顺序有关。发生位移的资源不会加入 patch，但是在 patch的代码中会调整id 的引用处。

比如说在代码里，我们是这么写的

imageView.setImageResource(R.drawable.holo_light);

这个 R.drawable.holojight 是一个int 值，它的值是 aapt指定的，对于开发者 透明，即使点进去，也会直接跳到对应res/drawable/holo_light.jpg，无法查看。不过可以用反编译工具，看到它的真实值是0x7f020002。所以这行代码其实等价于：

imageView.setImageResource(0x7f020002)；

而当打出了一个新包后，对开发者而言，holojight的图片内容没变，代码引用处也没变。但是新包里面，同样是这句话，由于新资源的插入导致的id改变，对于 R.drawable.holojight 的引用已经变成了:

imageView.setImageResource(0x7f020003);

但实际上这种情况并不属于资源改变，更不属于代码的改变，所以我们在对比新旧代码之前，会把新包里面的这行代码修正回原来的id。

imageView.setImageResource(0x7f020002);

然后再进行后续代码的对比。这样后续代码对比时就不会检测到发生了改变。

4.2、内容发生改变的资源

而对于内容发生改变的资源(类型为 layout 的 activity_main，这可能是我们修 改了 activity_main.xml 的文件内容。还有类型为 string 的 no，可能是我们修改了这个字符串的值)，它们都会被加入到 patch 中，并重新编号为新 id。而相应的代码，也会发生改变，比如，

setContentView(R.layout.activity_main)； 

实际上也就是

setContentView(0x7f030000)；

在生成对比新旧代码之前，我们会把新包里面的这行代码变为

setContentView(0x6 6020000)；

这样，在进行代码对比时，会使得这行代码所在函数被检测到发生了改变。于是相应的代码修复会在运行时发生，这样就引用到了正确的新内容资源。

4.3、删除了的资源

对于删除的资源，不会影响补丁包。

这很好理解，既然资源被删除了，就说明新的代码中也不会用到它，那资源放在那里没人用，就相当于不存在了。

4.4、对于type的影响

可以看到，由于 type0x01 的所有资源项都没有变化，所以整个 type0x01资源都没有加入到patch 中。这也使得后面的 type 的 id 都往前移了一位。因此 Type String Pool 中的字符串也要进行修正，这样才能使得 0x01 的 type 指向 drawable, 而不是原来的 attr。

所以我们可以看到，所谓简单，指的是运行时应用patch变的简单了。

而真正复杂的地方在于构造 patch 。我们需要把新旧两个资源包解开，分别解析 其中的resources.arsc 文件，对比新旧的不同，并将它们重新打成带有新 package id 的新资源包。这里补丁包指定的 package id 只要不是 0x7f 和 0x01就行，可以是 任意0x7f 以下的数字，我们默认把它指定为 0x66。

构造这样的补丁资源包，需要对整个resources.arsc的结构十分了解，要对二 进制形式的一个一个chunk进行解析分类，然后再把补丁信息一个一个重新组装成 二进制的chunk。这里面很多工作与 aapt做的类似，实际上开发打包工具的时候也是参考了很多aapt和系统加载资源的代码。

五、更优雅地替换AssetManager

对于 Android L 以后的版本，直接在原有 AssetManager 上应用 patch就行 了。并且由于用的是原来的AssetManager，所以原先大量的反射修改替换操作就 完全不需要了，大大提高了加载补丁的效率。

但之前提到过，在 Android KK 和以下版本，addAssetPath是不会加载资源 的，必须重新构造一个新的AssetManager 并加入 patch，再换掉原来的。那么我们不就又要和Instant Run —样，做一大堆兼容版本和反射替换的工作了吗？

对于这种情况，我们也找到了更优雅的方式，不需要再如此地大费周章。

明显，这个是用来销毁 AssetManager并释放资源的函数，我们来看看它具体做了什么吧。

可以看到，首先，它析构了 native 层的 AssetManager，然后把 java层的 AssetManager 对 native 层的 AssetManager 的引用设为空。

native 层的 AssetManager 析构函数会析构它的所有成员，这样就会释放之前加载了的资源。

而现在，java 层的 AssetManager 已经成为了空壳。我们就可以调用它的 init 方法，对它重新进行初始化了！

这同样是个native方法,

这样，在执行 init 的时候，会在 native层创建一个没有添加过资源，并且 mResources 没有初始化的的 AssetManager。然后我们再对它进行 addAssetPath，之后由于 mResource 没有初始化过，就可以正常走到解析 mResources的逻辑，加载所有此时add进去的资源了 ！

由于我们是直接对原有的 AssetManager进行析构和重构，所有原先对 AssetManager 对象的引用是没有发生改变的，这样，就不需要像 Instant Run那样进行繁琐的修改了。

顺带一提，类似 Instant Run 的完整替换资源的方案，在替换 AssetManager这一步，也可以采用我们这种方式进行替换，省时省力又省心。

六、本章小结

总结一下，相比于目前市面上的资源修复方式，我们提出的资源修复的优势在于：

• 不侵入打包，直接对比新旧资源即可产生补丁资源包。（对比修改 aapt方式的 实现）
• 不必下发完整包，补丁包中只包含有变动的资源。（对比 Instanat Run，Amigo 等方式的实现）
• 不需要在运行时合成完整包。不占用运行时计算和内存资源。（对比 Tinker的 实现）

唯一有个需要注意的地方就是，因为对新的资源的引用是在新代码中，所有资源修复是需要代码修复的支持的。也因此所有资源修复方案必然是附带代码修复的。而 之前提到过，本方案在进行代码修复前，会对资源引用处进行修正。而修正就是需要 找到旧的资源id，换成新的id。查找旧 id 时是直接对 int值进行替换，所以会找到 0x7f ?????? 这样的需要替换 id。但是，如果有开发者使用到了 0x7f ??????这样的数字，而它并非资源id，可是却和需要替换的id数值相同，这就会导致这个数字 被错误地替换。

但这种情况是极为罕见的，因为很少会有人用到这样特殊的数字，并且还需要碰巧这数字和资源id相等才行。即使出现，开发者也可以用拼接的方式绕过这类数字的产生。所以基本可以不用担心这种情况，只是需要注意它的存在。

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