Android 插件化原理解析(2):Hook 机制之动态代理

使用代理机制进行API Hook进而达到方法增强是框架的常用手段,比如J2EE框架Spring通过动态代理优雅地实现了AOP编程,极大地提升了Web开发效率;同样,插件框架也广泛使用了代理机制来增强系统API从而达到插件化的目的。本文将带你了解基于动态代理的Hook机制。

阅读本文之前,可以先clone一份 understand-plugin-framework,参考此项目的dynamic-proxy-hook模块。另外,插件框架原理解析系列文章见索引

代理是什么

为什么需要代理呢?其实这个代理与日常生活中的“代理”,“中介”差不多;比如你想海淘买东西,总不可能亲自飞到国外去购物吧,这时候我们使用第三方海淘服务比如惠惠购物助手等;同样拿购物为例,有时候第三方购物会有折扣比如当初的米折网,这时候我们可以少花点钱;当然有时候这个“代理”比较坑,坑我们的钱,坑我们的货。

从这个例子可以看出来,代理可以实现方法增强,比如常用的日志,缓存等;也可以实现方法拦截,通过代理方法修改原方法的参数和返回值,从而实现某种不可告人的目的~接下来我们用代码解释一下。

静态代理

静态代理,是最原始的代理方式;假设我们有一个购物的接口,如下:

它有一个原始的实现,我们可以理解为亲自,直接去商店购物:

好了,现在我们自己没时间但是需要买东西,于是我们就找了个代理帮我们买:

很不幸,我们找的这个代理有点坑,坑了我们的钱还坑了我们的货;先忍忍。

动态代理

传统的静态代理模式需要为每一个需要代理的类写一个代理类,如果需要代理的类有几百个那不是要累死?为了更优雅地实现代理模式,JDK提供了动态代理方式,可以简单理解为JVM可以在运行时帮我们动态生成一系列的代理类,这样我们就不需要手写每一个静态的代理类了。依然以购物为例,用动态代理实现如下:

动态代理主要处理InvocationHandlerProxy类;完整代码可以见github

代理Hook

我们知道代理有比原始对象更强大的能力,比如飞到国外买东西,比如坑钱坑货;那么很自然,如果我们自己创建代理对象,然后把原始对象替换为我们的代理对象,那么就可以在这个代理对象为所欲为了;修改参数,替换返回值,我们称之为Hook。

下面我们Hook掉startActivity这个方法,使得每次调用这个方法之前输出一条日志;(当然,这个输入日志有点点弱,只是为了展示原理;只要你想,你想可以替换参数,拦截这个startActivity过程,使得调用它导致启动某个别的Activity,指鹿为马!)

首先我们得找到被Hook的对象,我称之为Hook点;什么样的对象比较好Hook呢?自然是容易找到的对象。什么样的对象容易找到?静态变量和单例;在一个进程之内,静态变量和单例变量是相对不容易发生变化的,因此非常容易定位,而普通的对象则要么无法标志,要么容易改变。我们根据这个原则找到所谓的Hook点。

然后我们分析一下startActivity的调用链,找出合适的Hook点。我们知道对于Context.startActivity(Activity.startActivity的调用链与之不同),由于Context的实现实际上是ContextImpl;我们看ConetxtImpl类的startActivity方法:

这里,实际上使用了ActivityThread类的mInstrumentation成员的execStartActivity方法;注意到,ActivityThread 实际上是主线程,而主线程一个进程只有一个,因此这里是一个良好的Hook点。

接下来就是想要Hook掉我们的主线程对象,也就是把这个主线程对象里面的mInstrumentation给替换成我们修改过的代理对象;要替换主线程对象里面的字段,首先我们得拿到主线程对象的引用,如何获取呢?ActivityThread类里面有一个静态方法currentActivityThread可以帮助我们拿到这个对象类;但是ActivityThread是一个隐藏类,我们需要用反射去获取,代码如下:

拿到这个currentActivityThread之后,我们需要修改它的mInstrumentation这个字段为我们的代理对象,我们先实现这个代理对象,由于JDK动态代理只支持接口,而这个Instrumentation是一个类,没办法,我们只有手动写静态代理类,覆盖掉原始的方法即可。(cglib可以做到基于类的动态代理,这里先不介绍)

Ok,有了代理对象,我们要做的就是偷梁换柱!代码比较简单,采用反射直接修改:

好了,我们启动一个Activity测试一下,结果如下:

1453981415720

可见,Hook确实成功了!这就是使用代理进行Hook的原理——偷梁换柱。整个Hook过程简要总结如下:

  1. 寻找Hook点,原则是静态变量或者单例对象,尽量Hook pulic的对象和方法,非public不保证每个版本都一样,需要适配。
  2. 选择合适的代理方式,如果是接口可以用动态代理;如果是类可以手动写代理也可以使用cglib。
  3. 偷梁换柱——用代理对象替换原始对象

完整代码参照:understand-plugin-framework;里面留有一个作业:我们目前仅Hook了Context类的startActivity方法,但是Activity类却使用了自己的mInstrumentation;你可以尝试Hook掉Activity类的startActivity方法。

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