Android插件化原理解析——Hook機制之動態(tài)代理

使用代理機制進行API Hook進而達到方法增強是框架的常用手段，比如J2EE框架Spring通過動態(tài)代理優(yōu)雅地實現(xiàn)了AOP編程，極大地提升了Web開發(fā)效率；同樣，插件框架也廣泛使用了代理機制來增強系統(tǒng)API從而達到插件化的目的。本文將帶你了解基于動態(tài)代理的Hook機制。

閱讀本文之前，可以先clone一份 understand-plugin-framework，參考此項目的dynamic-proxy-hook模塊。另外，插件框架原理解析系列文章見索引。

代理是什么

為什么需要代理呢？其實這個代理與日常生活中的“代理”，“中介”差不多；比如你想海淘買東西，總不可能親自飛到國外去購物吧，這時候我們使用第三方海淘服務(wù)比如惠惠購物助手等；另外，還是購物，有時候第三方購物會有折扣比如當初的米折網(wǎng)，這時候我們可以少花點錢；當然有時候這個“代理”比較坑，坑我們的錢，坑我們的貨。

從這個例子可以看出來，代理可以實現(xiàn)方法增強，比如常用的日志,緩存等；也可以實現(xiàn)方法攔截，代理方法修改原方法的參數(shù)和返回值實現(xiàn)某種不可告人的目的～接下來我們用代碼解釋一下。

靜態(tài)代理

靜態(tài)代理，是最原始的代理方式；假設(shè)我們有一個購物的接口，如下：

public interface Shopping {
    Object[] doShopping(long money);
}

它有一個原始的實現(xiàn)，我們可以理解為親自，直接去商店購物：

public class ShoppingImpl implements Shopping {
    @Override
    public Object[] doShopping(long money) {
        System.out.println("逛淘寶 ,逛商場,買買買!!");
        System.out.println(String.format("花了%s塊錢", money));
        return new Object[] { "鞋子", "衣服", "零食" };
    }
}

好了，現(xiàn)在我們自己沒時間但是需要買東西，于是我們就找了個代理幫我們買：

public class ProxyShopping implements Shopping {

    Shopping base;

    ProxyShopping(Shopping base) {
        this.base = base;
    }

    @Override
    public Object[] doShopping(long money) {

        // 先黑點錢(修改輸入?yún)?shù))
        long readCost = (long) (money * 0.5);

        System.out.println(String.format("花了%s塊錢", readCost));

        // 幫忙買東西
        Object[] things = base.doShopping(readCost);

        // 偷梁換柱(修改返回值)
        if (things != null && things.length > 1) {
            things[0] = "被掉包的東西!!";
        }

        return things;
    }

很不幸，我們找的這個代理有點坑，坑了我們的錢還坑了我們的貨；先忍忍。

動態(tài)代理

傳統(tǒng)的靜態(tài)代理模式需要為每一個需要代理的類寫一個代理類，如果需要代理的類有幾百個那不是要累死？為了更優(yōu)雅地實現(xiàn)代理模式，JDK提供了動態(tài)代理方式，可以簡單理解為在JVM可以在運行時幫我們動態(tài)生成一系列的代理類，這樣我們就不需要手寫每一個靜態(tài)的代理類了。還是購物的那個例子，用動態(tài)代理實現(xiàn)如下：

public static void main(String[] args) {
    Shopping women = new ShoppingImpl
    // 正常購物
    System.out.println(Arrays.toString(women.doShopping(100)
    // 招代理
    women = (Shopping) Proxy.newProxyInstance(Shopping.class.getClassLoader(), 
            women.getClass().getInterfaces(), new ShoppingHandler(women
    System.out.println(Arrays.toString(women.doShopping(100)));
}

動態(tài)代理主要處理InvocationHandler和Proxy類；完整代碼可以見github

代理Hook

我們知道代理有比原始對象更強大的能力，比如飛到國外買東西，比如坑錢坑貨；那么很自然，如果我們自己創(chuàng)建代理對象，然后把原始對象替換為我們的代理對象，那么就可以在這個代理對象為所欲為了；修改參數(shù)，替換返回值，我們稱之為Hook。

下面我們Hook掉startActivity這個方法，使得每次調(diào)用這個方法之前輸出一條日志；（當然，這個輸入日志有點點弱，只是為了展示原理，如果你想可以替換參數(shù)，攔截這個startActivity過程，使得調(diào)用它導(dǎo)致啟動某個別的Activity，指鹿為馬！）

首先我們得找到被Hook的對象，我稱之為Hook點；什么樣的對象比較好Hook呢？自然是容易找到的對象。什么樣的對象容易找到？靜態(tài)變量和單例；在一個進程之內(nèi)，靜態(tài)變量和單例變量是相對不容易發(fā)生變化的，因此非常容易定位，而普通的對象則要么無法標志，要么容易改變。我們根據(jù)這個原則找到所謂的Hook點。

然后我們分析一下startActivity的調(diào)用鏈，找出合適的Hook點。我們知道對于Context.startActivity（Activity.startActivity的調(diào)用鏈與之不同），由于Context的實現(xiàn)實際上是ContextImpl;我們看ConetxtImpl類的startActivity方法：

@Override
public void startActivity(Intent intent, Bundle options) {
    warnIfCallingFromSystemProcess();
    if ((intent.getFlags()&Intent.FLAG_ACTIVITY_NEW_TASK) == 0) {
        throw new AndroidRuntimeException(
                "Calling startActivity() from outside of an Activity "
                + " context requires the FLAG_ACTIVITY_NEW_TASK flag."
                + " Is this really what you want?");
    }
    mMainThread.getInstrumentation().execStartActivity(
        getOuterContext(), mMainThread.getApplicationThread(), null,
        (Activity)null, intent, -1, options);
}

這里，實際上使用了ActivityThread類的mInstrumentation成員的execStartActivity方法；注意到，ActivityThread 實際上是主線程，而主線程一個進程只有一個，因此這里是一個良好的Hook點。

接下來就是想要Hook掉我們的主線程對象，也就是把這個主線程對象里面的mInstrumentation給替換成我們修改過的代理對象；要替換主線程對象里面的字段，首先我們得拿到主線程對象的引用，如何獲取呢？ActivityThread類里面有一個靜態(tài)方法currentActivityThread可以幫助我們拿到這個對象類；但是ActivityThread是一個隱藏類，我們需要用反射去獲取，代碼如下：

// 先獲取到當前的ActivityThread對象
Class<?> activityThreadClass = Class.forName("android.app.ActivityThread");
Method currentActivityThreadMethod = activityThreadClass.getDeclaredMethod("currentActivityThread");
currentActivityThreadMethod.setAccessible(true);
Object currentActivityThread = currentActivityThreadMethod.invoke(null);

拿到這個currentActivityThread之后，我們需要修改它的mInstrumentation這個字段為我們的代理對象，我們先實現(xiàn)這個代理對象，由于JDK動態(tài)代理只支持接口，而這個Instrumentation是一個類，沒辦法，我們只有手動寫靜態(tài)代理類，覆蓋掉原始的方法即可。（cglib可以做到基于類的動態(tài)代理，這里先不介紹）

public class EvilInstrumentation extends Instrumentation {

    private static final String TAG = "EvilInstrumentation";

    // ActivityThread中原始的對象, 保存起來
    Instrumentation mBase;

    public EvilInstrumentation(Instrumentation base) {
        mBase = base;
    }

    public ActivityResult execStartActivity(
            Context who, IBinder contextThread, IBinder token, Activity target,
            Intent intent, int requestCode, Bundle options) {

        // Hook之前, XXX到此一游!
        Log.d(TAG, "\n執(zhí)行了startActivity, 參數(shù)如下: \n" + "who = [" + who + "], " +
                "\ncontextThread = [" + contextThread + "], \ntoken = [" + token + "], " +
                "\ntarget = [" + target + "], \nintent = [" + intent +
                "], \nrequestCode = [" + requestCode + "], \noptions = [" + options + "]");

        // 開始調(diào)用原始的方法, 調(diào)不調(diào)用隨你,但是不調(diào)用的話, 所有的startActivity都失效了.
        // 由于這個方法是隱藏的,因此需要使用反射調(diào)用;首先找到這個方法
        try {
            Method execStartActivity = Instrumentation.class.getDeclaredMethod(
                    "execStartActivity",
                    Context.class, IBinder.class, IBinder.class, Activity.class, 
                    Intent.class, int.class, Bundle.class);
            execStartActivity.setAccessible(true);
            return (ActivityResult) execStartActivity.invoke(mBase, who, 
                    contextThread, token, target, intent, requestCode, options);
        } catch (Exception e) {
            // 某該死的rom修改了  需要手動適配
            throw new RuntimeException("do not support!!! pls adapt it");
        }
    }
}

Ok，有了代理對象，我們要做的就是偷梁換柱！代碼比較簡單，采用反射直接修改：

public static void attactContext() throws Exception{
        // 先獲取到當前的ActivityThread對象
        Class<?> activityThreadClass = Class.forName("android.app.ActivityThread");
        Field currentActivityThreadField = activityThreadClass.getDeclaredField("sCurrentActivityThread");
        currentActivityThreadField.setAccessible(true);
        Object currentActivityThread = currentActivityThreadField.get(null);

        // 拿到原始的 mInstrumentation字段
        Field mInstrumentationField = activityThreadClass.getField("mInstrumentation");
        mInstrumentationField.setAccessible(true);
        Instrumentation mInstrumentation = (Instrumentation) mInstrumentationField.get(currentActivityThread);
        
        // 創(chuàng)建代理對象
        Instrumentation evilInstrumentation = new EvilInstrumentation(mInstrumentation);
        
        // 偷梁換柱
        mInstrumentationField.set(currentActivityThread, evilInstrumentation);
    }

好了，我們啟動一個Activity測試一下，結(jié)果如下：

可見，Hook確實成功了！這就是使用代理進行Hook的原理——偷梁換柱。整個Hook過程簡要總結(jié)如下：

  1. 尋找Hook點，原則是靜態(tài)變量或者單例對象，盡量Hook pulic的對象和方法，非public不保證每個版本都一樣，需要適配。
  2. 選擇合適的代理方式，如果是接口可以用動態(tài)代理；如果是類可以手動寫代理也可以使用cglib。
  3. 偷梁換柱——用代理對象替換原始對象

完整代碼參照：understand-plugin-framework；里面留有一個作業(yè)：我們目前僅Hook了Context類的startActivity方法，但是Activity類卻使用了自己的mInstrumentation；你可以嘗試Hook掉Activity類的startActivity方法。

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