作者：imilk
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1、概述
对于插件化框架 Hook 机制是一个核心，那到底 Hook 是什么呢？怎么去理解插件化中的 Hook 呢？在我看来插件化中的 Hook 机制就是通过反射注入和动态代理来实现的。
先来说说何为反射注入，大家都知道依赖注入，其实反射注入算是依赖注入的一种，顾名思义，通过反射的方式将依赖对象注入目标对象。举个例子，想要替换掉 ActivityThread 中的 mInstrumentation：
/*android.app.ActivityThread.java*/
public final class ActivityThread {
Instrumentation mInstrumentation;
public static ActivityThread currentActivityThread() {
return sCurrentActivityThread;
}
...
}
//Instrumentation代理类
public class InstrumentationDelegate extends Instrumentation {
private Instrumentation base;
public InstrumentationDelegate(Instrumentation base) {
this.base = base;
}
}
public class ReflectInject{
public void reflectInject() throws Exception {
// 根据全类名获取Class
Class
activityThreadClass = Class.forName("android.app.ActivityThread");
// 获取无参的currentActivityThread函数
Method currentActivityThreadMethod = activityThreadClass.getMethod("currentActivityThread");
// 调用currentActivityThread函数获取当前ActivityThread对象
currentActivityThreadMethod.setAccessible(true);
Object currentActivityThreadObject = currentActivityThreadMethod.invoke(null);
// 获取mInstrumentation字段
Field instrumentationField = activityThreadClass.getDeclaredField("mInstrumentation");
// 破坏封装获取对象
instrumentationField.setAccessible(true);
Object instrumentationObject = instrumentationField.get(null);
// 注入Instrumentation代理对象
if(!(instrumentationObject instanceof InstrumentationDelegate)) {
instrumentationField.set(activityThreadClass, new InstrumentationDelegate((Instrumentation)instrumentationObject));
}
}
}以上就是对于 mInstrumentation 的反射注入，当然凭借封装可以有更优雅的实现，这里为了方便展示过程粗暴直接。
关于动态代理大家可以参考彻底理解 Java 动态代理这篇文章，写得十分清晰。文章最后也提到了动态代理的局限性，动态代理无法支持对于非接口的类进行代理，所以在 Hook 时一般结合静态代理来特殊处理需要代理的类，比较典型的例子是 android.app.Instrumentation 的代理。好在 Android 系统服务大都通过 Binder 机制来实现的，而 Binder 机制的 C/S 架构对于接口的支持天然的好，这对于整个 Hook 框架中代理类实现的工作量来说就大大的减少了。
2、Hook 框架
我们知道 Hook 本身依赖反射机制，从上面示例上也可以看出，直接使用大量反射导致代码可读性、维护性变得非常差，从代码美观可读性、易维护性上来看，一个可读性强易维护的 Hook 框架显得尤为重要，目前众多开源的插件化框架中 VirtualApp 的 Hook 框架是最优秀的。为什么这么说呢，作者使用了基于注解的反射注入技术，合理的框架设计使得虽然 Hook 的对象非常多，代码却井井有条，不得不赞叹作者 lody 的巧妙构思，让人受益良多。
以下分析基于 master 分支 c493161 版本。
2.1 设计类图
又到了祭出法宝的时候了，废话不多说先看设计类图：
2.2 类图解析
首先作者设计了两个接口，一个是 Injectable ，这个接口比较简单，使实现这个接口的类都具备的注入的能力；
public interface Injectable {
void inject() throws Throwable;
boolean isEnvBad();
}另一个是 IHookObject ，使实现这个接口的类具备管理代理类的 Hook 函数能力。
public interface IHookObject {
void copyHooks(IHookObject from);
Map
getAllHooks(); Hook addHook(Hook hook); Hook removeHook(String hookName); void removeHook(Hook hook); void removeAllHook();
H getHook(String name); Object getProxyInterface(); Object getBaseInterface(); int getHookCount(); }
上面我们提到了 Hook 函数这个概念，怎么理解这个概念呢，因为动态代理的调用是函数级别的，所以 Hook 相当于替换函数实现。再来看 Hook 这个抽象类，这个类定义了 Hook 的处理时机，以及提供一些 Hook 环境的依赖，实现类通过指定代理函数名，可以根据需要在 beforeCall 、call 、 afterCall 执行逻辑处理。所以， Hook 的实现类可以理解为代理函数的类象化。
public abstract class Hook {
private boolean enable = true;
public abstract String getName();
public boolean beforeCall(Object who, Method method, Object... args) {
return true;
}
public Object call(Object who, Method method, Object... args) throws Throwable {
return method.invoke(who, args);
}
public Object afterCall(Object who, Method method, Object[] args, Object result) throws Throwable {
return result;
}
public boolean isEnable() {
return enable;
}
public void setEnable(boolean enable) {
this.enable = enable;
}
...
@Override
public String toString() {
return "Hook${ " + getName() + " }";
}
}
来看看抽象类 HookDelegate ，它是 IHookObject 的接口实现，在构造中通过 HookHandler 完成了动态代理，内部维护了 Hook 集合，代码如下。
public abstract class HookDelegate
implements IHookObject { private static final String TAG = HookDelegate.class.getSimpleName(); private T mBaseInterface; private T mProxyInterface; /** * 内部维护的Hook集合 */ private Map
internalHookMapping = new HashMap
(); @Override public Map
getAllHooks() { return internalHookMapping; } public HookDelegate(Class
... proxyInterfaces) { // 获取接口，完成动态代理 mBaseInterface = createInterface(); if (mBaseInterface != null) { if (proxyInterfaces == null) { proxyInterfaces = HookUtils.getAllInterface(mBaseInterface.getClass()); } mProxyInterface = (T) Proxy.newProxyInstance(mBaseInterface.getClass().getClassLoader(), proxyInterfaces, new HookHandler()); } else { VLog.d(TAG, "Unable to build HookDelegate: %s.", getClass().getName()); } } public HookDelegate() { this((Class[]) null); } protected abstract T createInterface(); @Override public void copyHooks(IHookObject from) { this.internalHookMapping.putAll(from.getAllHooks()); } // 添加 Hook 函数 @Override public Hook addHook(Hook hook) { if (hook != null && !TextUtils.isEmpty(hook.getName())) { if (internalHookMapping.containsKey(hook.getName())) { VLog.w(TAG, "Hook(%s) from class(%s) have been added, can't add again.", hook.getName(), hook.getClass().getName()); return hook; } internalHookMapping.put(hook.getName(), hook); } return hook; } ... /** * @return 包装后的代理对象 */ @Override public T getProxyInterface() { return mProxyInterface; } /** * @return 原对象 */ @Override public T getBaseInterface() { return mBaseInterface; } ... private class HookHandler implements InvocationHandler { // 动态代理，通过函数名找到对应的 Hook 函数，完成 beforeCall、call、afterCall 的调用 @Override public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable { Hook hook = getHook(method.getName()); try { if (hook != null && hook.isEnable()) { if (hook.beforeCall(mBaseInterface, method, args)) { Object res = hook.call(mBaseInterface, method, args); res = hook.afterCall(mBaseInterface, method, args, res); return res; } } return method.invoke(mBaseInterface, args); } catch (InvocationTargetException e) { Throwable cause = e.getTargetException(); if (cause != null) { throw cause; } throw e; } } } }
对于 HookBinderDelegate 这个类，继承自 HookDelegate 扩展了 IBinder 接口，借此方便处理系统 Binder 服务的代理。
public abstract class HookBinderDelegate extends HookDelegate
implements IBinder { private IBinder mBaseBinder; public HookBinderDelegate(Class
... proxyInterfaces) { super(proxyInterfaces); init(); } public HookBinderDelegate() { super(); init(); } private void init() { mBaseBinder = getBaseInterface() != null ? getBaseInterface().asBinder() : null; addHook(new AsBinder()); } //此处通过反射替换系统服务 public void replaceService(String name) { if (mBaseBinder != null) { ServiceManager.sCache.get().put(name, this); } } //这里Hook asBinder函数，使该函数调用后返回代理Binder对象。 private final class AsBinder extends Hook { @Override public String getName() { return "asBinder"; } @Override public Object call(Object who, Method method, Object... args) throws Throwable { return HookBinderDelegate.this; } } ... public Context getContext() { return VirtualCore.get().getContext(); } ... @Override public IInterface queryLocalInterface(String descriptor) { return getProxyInterface(); } ... public IBinder getBaseBinder() { return mBaseBinder; } }
接在在来看 PatchDelegate 这个抽象类，它是 Injectable 的接口实现，依赖 @Patch及 @ApiLimit 注解将 Hook 类的添加进 Hook 集合；它的泛型为 IHookObject ，这就意味着 HookDelegate HookBinderDelegate 的实现类很容易通过泛型约束，并通过 inject 接口完成注入。
public abstract class PatchDelegate
implements Injectable { protected T hookDelegate; protected Object baseObject; public PatchDelegate() { this(null); } public PatchDelegate(Object baseObject) { attachInterface(baseObject); } protected void attachInterface(Object baseObject) { this.baseObject = baseObject; this.hookDelegate = createHookDelegate(); onBindHooks(); afterHookApply(hookDelegate); } protected abstract T createHookDelegate(); protected void onBindHooks() { if (hookDelegate == null) { return; } // 通过 @Patch、@ApiLimit 注解将 Hook 函数添加至代理类的 Hook 集合 Class
clazz = getClass(); Patch patch = clazz.getAnnotation(Patch.class); int version = Build.VERSION.SDK_INT; if (patch != null) { Class
[] hookTypes = patch.value(); for (Class
hookType : hookTypes) { ApiLimit apiLimit = hookType.getAnnotation(ApiLimit.class); boolean needToAddHook = true; if (apiLimit != null) { int apiStart = apiLimit.start(); int apiEnd = apiLimit.end(); boolean highThanStart = apiStart == -1 || version > apiStart; boolean lowThanEnd = apiEnd == -1 || version < apiEnd; if (!highThanStart || !lowThanEnd) { needToAddHook = false; } } if (needToAddHook) { addHook(hookType); } } } } private void addHook(Class
hookType) { try { Constructor
constructor = hookType.getDeclaredConstructors()[0]; if (!constructor.isAccessible()) { constructor.setAccessible(true); } Hook hook; if (constructor.getParameterTypes().length == 0) { hook = (Hook) constructor.newInstance(); } else { hook = (Hook) constructor.newInstance(this); } hookDelegate.addHook(hook); } catch (Throwable e) { throw new RuntimeException("Unable to instance Hook : " + hookType + " : " + e.getMessage()); } } public Hook addHook(Hook hook) { return hookDelegate.addHook(hook); } protected void afterHookApply(T delegate) { } @Override public abstract void inject() throws Throwable; public Context getContext() { return VirtualCore.get().getContext(); } public T getHookDelegate() { return hookDelegate; } }
最后再来说说 PatchManager ，这个类顾名思义就知道是补丁的管理类，在这里将各个 Patch 完成注入。
public final class PatchManager {
private static final String TAG = PatchManager.class.getSimpleName();
private Map
, Injectable> injectTable = new HashMap<>(12); private PatchManager() { } public static PatchManager getInstance() { return PatchManagerHolder.sPatchManager; } void injectAll() throws Throwable { for (Injectable injectable : injectTable.values()) { injectable.inject(); } // XXX: Lazy inject the Instrumentation, // It is important in many cases. addPatch(AppInstrumentation.getDefault()); } public boolean isInit() { return PatchManagerHolder.sInit; } public void init() throws Throwable { if (PatchManagerHolder.sInit) { throw new IllegalStateException("PatchManager Has been initialized."); } injectInternal(); PatchManagerHolder.sInit = true; } private void injectInternal() throws Throwable { if (VirtualCore.get().isMainProcess()) { return; } if (VirtualCore.get().isServerProcess()) { addPatch(new ActivityManagerPatch()); addPatch(new PackageManagerPatch()); return; } if (VirtualCore.get().isVAppProcess()) { addPatch(new LibCorePatch()); addPatch(new ActivityManagerPatch()); addPatch(new PackageManagerPatch()); addPatch(HCallbackHook.getDefault()); //以下省略诸多Path ... } } private void addPatch(Injectable injectable) { injectTable.put(injectable.getClass(), injectable); } public
T findPatch(Class
clazz) { // noinspection unchecked return (T) injectTable.get(clazz); } public
void checkEnv(Class
clazz) { Injectable injectable = findPatch(clazz); if (injectable != null && injectable.isEnvBad()) { try { injectable.inject(); } catch (Throwable e) { e.printStackTrace(); } } } public
H getHookObject(Class
patchClass) { T patch = findPatch(patchClass); if (patch != null && patch instanceof PatchDelegate) { // noinspection unchecked return (H) ((PatchDelegate) patch).getHookDelegate(); } return null; } private static final class PatchManagerHolder { private static PatchManager sPatchManager = new PatchManager(); private static boolean sInit; } }
2.3 过程梳理
如果感觉以上内容不好理解的话，下面的这幅图，可能会缓解这种不适感。
以 AccountManagerService Hook 为例，①、② 两步将 AccountBinderDelegate 等 Binder 代理注入至 ServiceManager ，假设触发 ③ getService 获取 AccountManagerService 后，调用 ④ getPwd ，这时 ⑤ getPwd 将通过 HookHandler 动态代理调用到代理类 ⑥ getHook 查找到函数代理对象，然后 ⑦ invoke 完成 Hook 函数 即 getPassword 代理调用。
到这里，整个 Hook 框架大致上就说完了。当然诸多版本的 Rom（官方、第三方）适配还是一个庞大的工作量，这就体现了作者对整个 Android Framework 掌握的功力了，这里额外提一下，作者对于Framework 镜像的处理，也是相当的精妙，这也为整个 Hook 框架的代码可读性贡献了相当一部分的力量，详见项目的 mirror 包 。
3、最后的闲扯
在阅读源码以及优秀开源项目的时候，大多数人都会感到很难读的通，我的一个看法和切身体会是，就像你第一眼看到一个人，肯定感觉十分陌生，而相处过一段时间后，这种陌生感就会慢慢消失，进而你反而会很了解她，知道她的爱好，知道她喜欢吃什么。阅读源码也是这样，短时间内如果无法拿下，又很想理解它，那么就要多花些时间，去读，不断的读和理解，了解源码所涉及的知识，尝试去用自己的理解去揣摩作者的思路，这个期间你需要用适合自己学习的方式（比如画类图，流程图、时序图，只要这种方式对你是有效的不必拘泥于形式）去记录修正你的理解，不断的去逼近作者的想法和思路，这也是一个学习成长的过程。
道阻且长，行则将至。that’s all.
