Android插件化原理解析——Hook機制之動態代理

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通過動態代理優雅地實現了AOP編程，極大地提升了Web開發效率；同樣，插件框架也廣泛使用了代理機制來增強系統API從而達到插件化的目的。本文將帶你了解基於動態代理的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比如惠惠購物助手等；同樣拿購物為例，有時候第三方購物會有折扣比如當初的米折網，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，代理可以實現方法增強，比如常用的日志,緩存等；也可以實現方法攔截，通過代理方法修改原方法的參數和返回值，從而實現某種不可告人的目的～接下來我們用代碼解釋一下。

靜態代理

靜態代理，是最原始的代理方式；假設我們有一個購物的接口，如下：

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

它有一個原始的實現，我們可以理解為親自，直接去商店購物：

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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，現在我們自己沒時間但是需要買東西，於是我們就找了個代理幫我們買：

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public class ProxyShopping implements Shopping { Shopping base; ProxyShopping(Shopping base) { this.base = base; } @Override public Object[] doShopping(long money) { // 先黑點錢(修改輸入參數) 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。

動態代理

傳統的靜態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？為了更優雅地實現代理模式，JDK提供了動態代理方式，可以簡單理解為JVM可以在運行時幫我們動態生成一系列的代理類，這樣我們就不需要手寫每一個靜態的代理類了。依然以購物為例，用動態代理實現如下：

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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，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；只要你想，你想可以替換參數，攔截這個startActivity過程，使得調用它導致啟動某個別的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？靜態變量和單例；在一個進程之內，靜態變量和單例變量是相對不容易發生變化的，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。我們根據這個原則找到所謂的Hook點。

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

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@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：

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// 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，我們先實現這個代理對象，由於JDK動態代理只支持接口，而這個Instrumentation是一個類，沒辦法，我們只有手動寫靜態代理類，覆蓋掉原始的方法即可。（cglib可以做到基於類的動態代理，這里先不介紹）

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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執行了startActivity, 參數如下: \n" + "who = [" + who + "], " + "\ncontextThread = [" + contextThread + "], \ntoken = [" + token + "], " + "\ntarget = [" + target + "], \nintent = [" + intent + "], \nrequestCode = [" + requestCode + "], \noptions = [" + options + "]"); // 開始調用原始的方法, 調不調用隨你,但是不調用的話, 所有的startActivity都失效了. // 由於這個方法是隱藏的,因此需要使用反射調用;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：

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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過程簡要總結如下：

1. 尋找Hook點，原則是靜態變量或者單例對象，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：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。