Android插件化原理解析——Hook机制之动态代理

转自 http://weishu.me/2016/01/28/understand-plugin-framework-proxy-hook/

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：

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

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：

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

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：

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public class ProxyShopping implements Shopping { Shopping base; ProxyShopping(Shopping base) { this.base = base; } @Override public Object[] doShopping(long money) { // 先黑点钱(修改输入参数) long readCost = (long) (money * 0.5); System.out.println(String.format("花了%s块钱", readCost)); // 帮忙买东西 Object[] things = base.doShopping(readCost); // 偷梁换柱(修改返回值) if (things != null && things.length > 1) { things[0] = "被掉包的东西!!"; } return things; }

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：

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public static void main(String[] args) { Shopping women = new ShoppingImpl(); // 正常购物 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))); }

动态代理主要处理InvocationHandler和Proxy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：

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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); }

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：

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// 先获取到当前的ActivityThread对象 Class<?> activityThreadClass = Class.forName("android.app.ActivityThread"); Method currentActivityThreadMethod = activityThreadClass.getDeclaredMethod("currentActivityThread"); currentActivityThreadMethod.setAccessible(true); Object currentActivityThread = currentActivityThreadMethod.invoke(null);

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）

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public class EvilInstrumentation extends Instrumentation { private static final String TAG = "EvilInstrumentation"; // ActivityThread中原始的对象, 保存起来 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, " 执行了startActivity, 参数如下: " + "who = [" + who + "], " + " contextThread = [" + contextThread + "], token = [" + token + "], " + " target = [" + target + "], intent = [" + intent + "], requestCode = [" + requestCode + "], options = [" + options + "]"); // 开始调用原始的方法, 调不调用随你,但是不调用的话, 所有的startActivity都失效了. // 由于这个方法是隐藏的,因此需要使用反射调用;首先找到这个方法 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) { // 某该死的rom修改了 需要手动适配 throw new RuntimeException("do not support!!! pls adapt it"); } } }

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：

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public static void attachContext() throws Exception{ // 先获取到当前的ActivityThread对象 Class<?> activityThreadClass = Class.forName("android.app.ActivityThread"); Method currentActivityThreadMethod = activityThreadClass.getDeclaredMethod("currentActivityThread"); currentActivityThreadMethod.setAccessible(true); Object currentActivityThread = currentActivityThreadMethod.invoke(null); // 拿到原始的 mInstrumentation字段 Field mInstrumentationField = activityThreadClass.getDeclaredField("mInstrumentation"); mInstrumentationField.setAccessible(true); Instrumentation mInstrumentation = (Instrumentation) mInstrumentationField.get(currentActivityThread); // 创建代理对象 Instrumentation evilInstrumentation = new EvilInstrumentation(mInstrumentation); // 偷梁换柱 mInstrumentationField.set(currentActivityThread, evilInstrumentation); }

好了，我们启动一个Activity测试一下

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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