AOP在Android中最佳用法

时间：2021-10-11 11:01:06

AOP

AOP(Aspect Oriented Programming)是面向切面编程，AOP和我们平时接触的OOP编程是不同的编程思想，OOP是面向对象编程，提倡的是将功能模块化，对象化。而AOP的思想则是提倡针对同一类问题统一处理，当然，我们在实际编程过程中，不可能单纯的AOP或者OOP的思想来编程，很多时候，可能会混合多种编程思想。
代码注入是AOP中的重要部分：AOP可用于日志埋点、性能监控、动态权限控制、甚至是代码调试等等

AOP出现的原因是为了解决OOP在处理侵入性业务上的不足，那么，什么是侵入性业务，类似日志统计、性能分析、埋点等就属于侵入型业务。本来的业务代码只是业务相关的逻辑，但是由于要加入侵入性业务的逻辑，代码就变成了下面的样子：

long begin = System.currentTimeMillis(); 

// 原本的业务
doSomething();

long end = System.currentTimeMillis();
long step = end - begin;
System.out.println("waste time ：" + step);

从上面的代码看到，性能分析的业务代码和原本的业务代码混在一起了，这就破坏了函数的单一原则。所以，侵入型业务必须有一个更好的解决方案，这个方案就是AOP。
通俗的讲，AOP就是将日志记录、性能统计、安全控制、事务吃力、异常处理等待吗从业务逻辑代码中划分出来，通过这些行为的分离，我们希望可以将它们独立到一个类中，进而改变这些行为的时候不影响业务逻辑的代码–解耦

实现AOP的技术，主要分为两大类：
1. 采用动态代理技术，利用截取消息的方式，对该信息进行装饰，以取代原有对象行为的执行
2. 采用静态织入的方式，引入特定的语句创建“方面”，从而使得编译器可以在编译期间织入有关“方面的代码

有一些AOP术语需要我们理解：

  • Cross-cutting concerns(横切关注点)：监管面向对象模型中大多数类会实现单一特定的功能，但通常也会开放一些通用的附属功能给其他类。例如，我们喜欢在数据访问层中的类添加日志，同时也希望当UI层中一个县城进入或者退出调用一个方法时添加日志。监管每个类都有一个区别于其他类的主要功能，但在代码里，仍然经常需要添加一些相同的附属功能。
  • Advice(通知)：注入到class文件中的代码。典型的Advice类型有before、after和around，分别表示在目标方法执行之前、执行后和完全代替目标方法执行的代码。除了在方法中注入代码，也可能会对代码做其他修改，比如在一个class中增加字段或者接口。
  • **Joint Point（连接点）：程序中可能作为代码注入目标的特定的点，例如一个方法调用或者方法入口。
  • Pointcut（切入点）：告诉代码注入工具，在任何注入一段特定代码的表达式。例如，在哪些joint points应用一个特定的Advice。切入点可以选择唯一一个，比如执行某一个方法，也可以有多个选择，比如，标记了一个定义成@DebugLog的自定义注解的所有方法。
  • Aspect（切面）：Pointcut和Advice的组合看做切面。例如，我们在应用中通过定义一个pointcut和给定恰当的advice，添加一个日志切面。
  • Weaving（织入）：注入代码（advices）到目标位置（joint points）的过程

AOP实践

AOP编程思想的实践现在流行的有两种
1. ASpectJ
2. Lancet

AspectJ

目前找到实现AspectJ有两个一个是国内大神实现的库，一直在更新，博文介绍

另一个是Jake大神实现的Hugo库，有一篇博文对Hugo进行了介绍，博文介绍

Lancet

Lancet是一个轻量级Android AOP框架

  • 编译速度快，并支持增量编译
  • 简介的API，几行Java代码完成注入需求
  • 没有任何多余代码插入apk
  • 支持用于SDK，可以在SDK编写注入代码来修改依赖SDK的App

使用方法

配置

在根目录的build.gradle添加

dependencies{ classpath 'me.ele:lancet-plugin:1.0.2' }

在app目录的build.gradle添加

apply plugin: 'me.ele.lancet'
dependencies{ provided 'me.lel:lancet-base:1.0.2' }

实例

Lancet使用注解来指定代码织入的规则与位置

@Proxy("i")
@TargetClass("android.util.Log")
public static int i(String tag,String msg){
    msg = msg+ "lancet";
    return (int)Origin.call();
}

这里有几个关键点：
* @TargetClass指定了将要被织入代码的目标类android.util.Log
* @Proxy指定了将要被织入代码目标方法i
* 织入方式为Proxy
* Origin.call()代表了Log.i()这个目标方法
* 如果被织入的代码是静态方法，这里也需要添加static关键字，否则不会生效

所以这个示例Hook方法的作用就是将代码中所有Log.i(tag,msg)替换为Log.i(tag,msg+"lancet")，将生成的apk反编译后，查看代码，所有调用Log.i的地方都会变为

 _lancet.com_xxx_xxx_xxx(类名)_i(方法名)("tag", "msg");

代码织入方式

  • @Proxy
public @interface Proxy{
    String value();
}

@Proxy将使用新的方法替换代码里存在的原有的目标方法。
比如代码里有10个地方调用了Dog.bark()，代码这个方法后，所有的10个地方的代码会变味_Lancet.xxx.bark()。而在这个新方法中会执行你在Hook方法中所写的代码。
@Proxy通常用与对系统API的劫持。因为虽然我们不能注入代码到系统提供的库之中，但我们可以劫持掉所有调用系统API的地方。

  • @NameRegex
    @NameRegex用来限制范围操作的作用域。仅用于Proxy模式中，比如你只想代理掉某一个包名下所有的目标操作。或者你在代理所有的网络请求时，不想代理掉自己发起的求情。使用NameRegex对TargetClass，ImplementedInterface筛选出的class在进行一次匹配。

  • @Insert

public @interface Insert {
    String value();
    boolean mayCreateSuper() default false;
}

@Insert将新代码插入到目标方法原有代码前后
@Insert常用于操作App与library的类，并且可以通过This操作目标类的私有属性与方法
@Insert当目标方法不存在时，还可以使用mayCreateSuper参数来创建目标方法。
比如下面将代码注入每一个Activity的onStop生命周期

@TargetClass(value="android.support.v7.app.AppCompatActivity",scope=Scope.LEAF)
@Insert(value="onStop",mayCreateSuper = true)
protected void onStop(){
    System.out.println("hello world");
    Origin.callVoid();
}

Scope将在后文介绍，这里的意思为目标是AppCompatActivity的所有最终子类。
如果一个类MyActivity extends AppcompatActivity没有重写onStop会自动创建onStop方法，而Origin在这里就代表了super.onStop()，最后就是这样的效果：

protected void onStop(){
    System.out.println("hello world");
    super.onStop();
}

Note:public/protected/private修饰符会完全照搬Hook方法的修饰符。

匹配目标类

public @interface TargetClass {
    String value();
    Scope scope() default Scope.SELF;
}

public @interface ImplementedInterface {
    String[] value();
    Scope scope() default Scope.SELF;
}

public enum Scope {
    SELF,
    DIRECT,
    ALL,
    LEAF
}

很多情况，饿哦们不仅会匹配一个类，会有注入某个类所有子类，或者实现某个接口的所有类的需求。所以通过TargetClass，ImplementedInterface2个注解及Scope进行目标类匹配。

  • TargetClass
    通过类查找

    1. @TargetClass的value是一个类的全称
    2. Scope.SELF仅代表匹配value指定的目标类
    3. Scope.DIRECT代表匹配value指定类的直接子类
    4. Scope.ALL代表匹配value指定类的所有子类
    5. Scope.LEAF代表匹配value指定类的最终子类。众所周知java是单继承，所以继承关系是树形结构，这里代表了指定类为顶点的继承树的所有叶子节点。

  • @ImplementedInterface
    通过接口查找，情况比通过类查找稍微复杂一些

    1. @ImplementedInterface的value可以填写多个接口的全名。
    2. Scope.SELF:代表直接实现所有指定接口的类。
    3. Scope.DIRECT:代表直接实现所有指定接口，以及指定接口的子接口的类。
    4. Scope.ALL:代表Scope.DIRECT指定的所有类及他们的所有子类。
    5. Scope.LEAF:代表Scope.ALL指定的森林结构中的所有叶节点。

如下图所示：

AOP在Android中最佳用法

当我们使用@ImplementedInterface(value="I",scope=...)时，目标类如下：
* Scope.SELF -> A
* Scope.DIRECT -> A C
* Scope.ALL -> A B C D
* Scope.LEAF -> B D

匹配目标方法

虽然在Proxy,Insert中我们指定了方法名，但识别方法必须要更细致的信息。我们会直接用Hook方法的修饰符，参数类型来匹配方法。
所以一定要保持Hook方法的public/protected/private static信息与目标方法一致，参数类型，返回类型与目标方法一致。
返回类型可以用Object代替。
方法名不限，异常声明也不限。
但有时候我们并没有权限声明目标类。这时候怎么办？

  • @ClassOf
    可以使用ClassOf注解来替代对类的直接import
    比如下面这个例子：
public class A {
    protected int execute(B b) {
        return b.call();
    }

    private class B {
        int call(){
            return 0;
        }
    }
}

@TargetClass("com.dieyidezui.demo.A")
@Insert("execute")
public int hookExcute(@ClassOf("com.dieyidezui.demo.A$B" Object o){
    System.out.println(o);
    return (int)Origin.call();
}

ClassOf的value一定按照(package_name.)(outer_classname$)inner_class_nmae([]...)的模板，比如：

  • java.lang.Object
  • java.lang.Integer[][]
  • A[]
  • A$B

API

我们可以通过Origin与This与目标类进行一些交互

Origin

Origin用来调用原目标方法，可以被多次调用
Origin.call()用来调用有返回值的方法。
Origin.callVoid()用来调用没有返回值的方法。
另外，如果你又捕捉异常的需求，可以使用
Origin.call/callThrowOne/callThrowTwo/callThrowThree()
Origin.callVoid/callVoidThrowOne/callVoidThrowTwo/callVoidThrowThree()

for example:

@TargetClass("java.io.InputStream")
@Proxy("read")
public int read(byte[] bytes) throws IOException {
    try {
        return (int)Origin.<IOException>callThrowOne();
    }catch (IOException e){
        e.printStackTrace();
        throw e;
    }
}

This

仅用于Insert方式的非静态方法的Hook中。

get()

返回目标方法被调用的实例化对象

  • putField & getField

你可以直接存取目标类的所有属性，无论是protectedOrprivate。另外，如果这个属性不存在，我们还会自动创建这个属性。自动装箱拆箱肯定也支持了。

一些已知的缺陷：
* Proxy不能使用This
* 你不能存取你父类的属性。当你尝试存取父类属性时，我们还是会创建新的属性。

package me.ele;
public class Main {
    private int a = 1;
    public void nothing(){

    }

    public int getA(){
        return a;
    }
}

@TargetClass("me.ele.Main")
@Insert("nothing")
public void testThis(){
    Log.e("debug",this.get().getClass().getName());
    This.putField(3,"a");
    Origin.callVoid();
}

Tips

  1. 内部类应该命名为package.outer_class$inner_class
  2. SDK开发者不需要apply插件，只需要provided me.ele:lanet-base:x.y.z
  3. 尽管我们支持增量编译。但当我们使用Scope.LEAF、Scope.ALL覆盖的类有变动或者修改Hook类时，本次编译将会变成全量编译。
  4. 如果目标函数为静态方法，则需要在方法上添加static关键字

两种框架优缺点

Lancet相对于AspectJ的优点

  1. Lancet轻量级的框架，编译速度快，支持增量编译
  2. Lancet语法简单，易于上手。AspectJ需要学习的语法比较多。

Lancet相对于AspectJ的缺点

  1. Lancet仅支持hook具体的方法，不能像AspectJ一样根据自定义的注解来Hook一个类或者任意的方法。

使用场景建议

  1. 如果只是相对特定的函数，aar中函数、项目中的函数、Android系统源码中的函数进行Hook，可以选择使用Lancet。
  2. 如果需要使用注解对某一类操作进行Hook时，例如，权限检查、性能检测等函数，可以使用AspectJ。
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