Android so的热升级
一、so的热升级尝试
在Android代码中，加载so库是通过调用System.loadLibrary函数实现的。但和Android的许多特性一样，只提供了加载，而没有卸载和更换等功能。为了研究能否实现卸载和升级等功能，首先要了解清楚JNI so加载的流程。网上有很多加载流程的解析，例如《Dalvik虚拟机JNI方法的注册过程分析》这篇文章中分析出的流程：
在以上流程中，使用dlopen加载so之后，会继续调用JNI_Onload函数，通过系统提供的RegisterNatives函数完成一些列初始化，向虚拟机注册so库提供的JNI函数。So库也可以不实现JNI_Onload函数，而是采用自动查找的方式。
Android虚拟机会在首次调用JNI函数时按照JNI规范的命名规则自动查找。通过分析Android代码，这种方法最终也会调用到上图中的dvmSetNativeFunc等函数，将函数地址保存到虚拟机中供下次调用。
二、卸载及重新加载
如果想要提供热升级的能力，首先要做的是关闭已打开的so文件。但Android虚拟机没有提供unloadLibrary这样的接口，因此需要我们自己自己实现。
根据上一节的分析，loadLibrary在native层加载文件使用的是dlopen，与之对应的系统接口是dlclose。而接下来的RegisterNatives由于没有对应的unRegister，我们暂且先放一放，看看卸载的效果再来处理。
卸载so
提供卸载能力的接口需要完成以下几项任务：1
2
3
4
51、找到要卸载so的句柄；
2、调用JNI_OnUnload；
3、调用dlclose卸载。
如下便是我们写出的卸载函数：1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38void JNICALL Java_com_example_Unloader_unload(JNIEnv* env, jobject obj)
{
void* handle = dlopen(“/data/data/com.example.unloader/lib/libtest.so”, RTLD_GLOBAL);
if(!handle) return;
LOGD(“unload so: 0x%x\n”, (unsigned int)handle);
void* symbol = dlsym(handle, “JNI_OnUnload”);
if(symbol)
{
OnLoadFunc func = (OnLoadFunc)symbol;
JavaVM* jvm = 0;
(*env)->GetJavaVM(env, &jvm);
if(jvm)
(*func)(jvm, 0);
}
int result = dlclose(handle);
LOGD(“unload result %d\n”, result);
result = dlclose(handle);
result = dlclose(handle);
LOGD(“unload result %d\n”, result);
}
其中dlclose调用了2次，因为函数内的dlopen会增加handle的引用计数。
卸载之后如果我们先尝试调用原来的JNI函数，会发生什么事呢？显而易见会出现crash。
究其原因，是由于so在加载或使用时已经在虚拟机中注册了JNI函数的地址，卸载后原地址变为非法地址，导致crash。那我们再重新加载so会发生什么呢？
重新加载so
分析代码可得知，由于so已经使用System.loadLibrary加载过，我们之前在卸载时也没有触及到JNI层，因此重复调用loadLibrary并不会重新加载so。我们可以按照dvmLoadNativeCode的流程，在native层用dlopen重新加载so。
按照之前的分析，很容易就能写出加载函数：1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28void JNICALL Java_com_example_Unloader_load(JNIEnv* env, jobject obj)
{
void* handle = dlopen(“/data/data/com.example.Unloader/lib/libtest.so”, RTLD_GLOBAL);
if(!handle) return;
LOGD(“load so: 0x%x\n”, (unsigned int)handle);
void* symbol = dlsym(handle, “JNI_OnLoad”);
if(symbol)
{
OnLoadFunc func = (OnLoadFunc)symbol;
JavaVM* jvm = 0;
(*env)->GetJavaVM(env, &jvm);
if(jvm)
(*func)(jvm, 0);
}
}
三、问题及解决
重新加载so后，再次调用原来的JNI函数。发现有时候会成功，但有时候也会crash。经过追踪后注意到，报错的函数地址和卸载前一样，但so加载的地址变化了。
由于dlopen加载so时，并不能保证每次都加载在同一地址上。即使能够加载到同一地址，如果升级造成so文件变化，那函数地址也是不准确的。所以要使新的so工作，那我们也必须要设法更新虚拟机已经保存的函数指针，将其指向新加载so的正确地址。
这时候就需要我们之前忽略的RegisterNatives登场了，这个函数可以用来手动注册JNI函数地址。让我们重复与第一节文字相似但含义不同的这段话：
在以上流程中，so库在使用dlopen加载后，还需要调用JNI_Onload函数，通过系统提供的RegisterNatives函数完成一些列初始化，向虚拟机注册新的JNI函数地址。1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30static JNINativeMethod gMethods[] = {
{ “foo”, “()V”, (void*)Java_com_tencent_example_foo },
};
// Register several native methods for one class.
static int registerNativeMethods(JNIEnv* env, const char* className,
JNINativeMethod* gMethods, int numMethods)
{
jclass clazz = (*env)->FindClass(env, className);
if (clazz == NULL) {
return JNI_FALSE;
}
if ((*env)->RegisterNatives(env, clazz, gMethods, numMethods) < 0) {
return JNI_FALSE;
}
return JNI_TRUE;
}
使用RegisterNatives注册后，即使so的地址发生变化，也能够更新虚拟机中记录的函数地址。
本篇小结
如果想要在运行时更新so，则新的so文件必须要实现JNI_Onload函数，并且在JNI_Onload中调用系统提供的RegisterNatives注册所有的JNI函数，不能使用自动查找JNI函数名的方式。
四、其他问题
以上方案主要解决了so的卸载，重加载和JNI函数调用问题。但除了这些问题之外，so代码的细节上还有许多要注意的地方。
CRASH
卸载so后，除了JNI函数的指针，其它指向so地址的指针也都会失效，包括指向静态变量，常量，native函数的指针等。所有引用到该so地址的指针都需要更新。
内存和资源泄漏
native代码中可能存在各种分配内存和资源的行为，使用以上方法更新so前，如果没有仔细处理这些资源，就会丢失原指针，造成内存泄漏。
1、malloc/mmap/shmem等方式分配的内存。
2、socket, pipe, mutex, thread等各种系统资源。
3、使用NewGlobalRef分配并持有Java对象，丢失指针后会造成虚拟机的Java内存泄漏。
综上所述，对于所有可能丢失，造成泄露的资源，必须在卸载so前设法保存或删除。这些工作可以在卸载时调用的JNI_OnUnload中完成。