热更新Tinker研究（二）：结合源码学习Dex格式

热更新Tinker研究（一）：运行tinker-sample-android

热更新Tinker研究（二）：结合源码学习Dex格式

热更新Tinker研究（三）：加载补丁

热更新Tinker研究（四）：TinkerLoader

热更新Tinker研究（五）：Application的隔离

热更新Tinker研究（六）：TinkerPatchPlugin

热更新Tinker研究（七）：Dex的patch文件生成

热更新Tinker研究（八）：res和so的patch文件生成

热更新Tinker研究（九）：Dex文件的patch

热更新Tinker研究（十）：Res文件的patch

热更新Tinker研究（十一）：so文件的patch

热更新Tinker研究（二）：结合源码学习Dex格式

一、Dex文件中的数据类型

Name	Description
byte	1字节有符号数
ubyte	1字节无符号数
short	2字节有符号数, 低字节序
ushort	2字节无符号数, 低字节序
int	4字节有符号数, 低字节序
uint	4字节无符号数, 低字节序
long	8字节有符号数, 低字节序
ulong	8字节无符号数, 低字节序
sleb128	有符号 LEB128，可变长度 1~5 字节
uleb128	无符号 LEB128，可变长度 1~5 字节
uleb128p1	无符号 LEB128 值加1，可变长 1~5 字节

LEB128

这种编码是变长的，诞生于DWARF3 标准。在dex中,LEB128只能编码成32位的数字，而长度是1-5字节。每个字节上保留第一位，剩余7位是有效位。如下图。



由于采用低字节序，第一个字节表示低位。

uleb128 存储方式类似，只不过表示无符号数字。uleb128p表示在此基础上+1。

二、Dex数据结构

结合这张图来分析



整个dex文件可以分为三大部分，

header头文件

索引区

数据区

header头文件主要包含Dex Header，主要是dex文件中整个区块的索引和偏移，以确定各个区块在什么位置。索引区*ids是identifiers的缩写，主要指向数据区的位置和偏移。数据区*主要是存放类结构的定义，包含权限、类id、父类、字段、方法等。

以下是一段HelloWorld代码

public class HelloWorld{
public static void main(String[] args){
System.out.println("HelloWorld");
}
}

生成的HelloWorld.dex文件在010 Editor中的显示

header

magic

固定值，用来标识dex文件，值为dex 035，

二进制表示

{0x64, 0x65, 0x78, 0x0A, 0x30, 0x33, 0x35, 0x00} = "dex\n035\0"

checksum

文件校验码，使用 alder32 算法校验文件除去 maigc、checksum 外余下的所有文件区域，用于检查文件错误。

signature

使用 SHA-1 算法 hash 除去 magic、checksum 和 signature 外余下的所有文件区域， 用于唯一识别本文件 。

file_size

文件大小

endian_tag

字节顺序,其中12345678h表示低字节序，78563412h表示高字节序。

其他

其他内容分别表示各个数据区域的偏移。

string_ids

其中string_id_item下,

string_data_off

string数据的偏移

struct uleb128 utf16_size

UTF-16编码下字符串长度

string data[]

MUTF-8编码构成的字符串，MUTF-8（Modified UTF-8）其实是对UTF-16字符编码的再编码。

type_ids

uint descriptor_idx

uint类型的id,0x3表示在string_ids[]中的游标

proto_ids

proto 的意思是 method prototype 代表 java 语言里的一个 method 的原型

uint shorty_idx

简短的方法描述符，它的值是string_ids的index。

uint return_type_idx

返回类型,它的值是type_ids的id。

uint parameters_off

参数列表的偏移

struct type_item_list parameters

参数列表,其中uint size表示参数个数,struct type_item list[]表示具体的参数列表。

field_ids

ushort class_idx

表示字段属于的class类，它的值是class_def的index。

ushort type_idx

表示该字段的类型，它的值是type_ids的index。

uint name_idx

表示字段名称，它的值是string_ids的index。

method_ids

ushort class_idx

表示方法属于的class类,它的值是class_def的id。由于这里是ushort类型，所以最大的方法数不能超过2^16个。

ushort proto_idx

表示方法的类型，它的值proto_ids的index。

uint name_idx

表示方法的名称，它的值string_ids的index。

class_defs

由于这个结构比较复杂，主要包括class_def_item和class_data_item，下面分别来分析。

class_def_item

class_idx

描述具体的 class 类型，值是 type_ids 的一个 index 。值必须是一个 class 类型，不能是数组类型或者基本类型。

access_flags

描述 class 的访问类型，比如 public, enum, final, static等。access_flags definitions会有描述。

superclass_idx

描述 supperclass 的类型，值的形式跟 class_idx 一样 。

interfaces_off

值为偏移地址，指向 class 的 interfaces，被指向的数据结构为 type_list 。class 若没有 interfaces 值为 0。

source_file_idx

表示源代码文件的信息，值是 string_ids 的一个 index。若此项信息缺失，此项值赋值为 NO_INDEX=0xffff ffff。

annotions_off

值是一个偏移地址，指向的内容是该 class 的注释，位置在 data 区，格式为 annotations_direcotry_item。若没有此项内容，值为 0 。

class_data_off

值是一个偏移地址，指向的内容是该 class 的使用到的数据，位置在 data 区，格式为 class_data_item。若没有此项内容值为 0。该结构里有很多内容，详细描述该 class 的 field、method, method 里的执行代码等信息，后面会介绍class_data_item

static_value_off

值是一个偏移地址 ，指向 data 区里的一个列表 (list)，格式为 encoded_array_item。若没有此项内容值为 0。

class_data_item

struct uleb128 static_fields_size

描述静态方法数目

struct uleb128 instance_fields_size

描述实例方法数目

struct uleb128 direct_methods_size

描述直接方法数目

struct uleb128 virtual_methods_size

描述虚方法数目

struct encoded_method_list direct_methods

描述已有方法列表

code_item

描述方法的详细构成(省略)

map_list

map_list内容和header类似，包含各个区域的大小和偏移，但是内容更为丰富和详细，

三、结合tinker源码

com.tencent.tinker.android.dex.Dex

dex数据结构的抽象

public final class Dex {
...
private static final int CHECKSUM_OFFSET = 8;   //checksum偏移位置
private static final int SIGNATURE_OFFSET = CHECKSUM_OFFSET + SizeOf.CHECKSUM;  //signature偏移位置
private final TableOfContents tableOfContents = new TableOfContents();  //对应header 和 map
private final StringTable strings = new StringTable();  //对应string_ids
private final TypeIndexToDescriptorIndexTable typeIds = new TypeIndexToDescriptorIndexTable();  //对应type_ids
private final TypeIndexToDescriptorTable typeNames = new TypeIndexToDescriptorTable();  //抽象出type_name的数据结构
private final ProtoIdTable protoIds = new ProtoIdTable();   //对应proto_ids
private final FieldIdTable fieldIds = new FieldIdTable();   //对应field_ids
private final MethodIdTable methodIds = new MethodIdTable();    //对应method_ids
private final ClassDefTable classDefs = new ClassDefTable();    //对应class_defs
...
}

com.tencent.tinker.android.dex.TableOfContents

描述header和map

public final class TableOfContents {
...
public static final short SECTION_TYPE_HEADER = 0x0000;
public static final short SECTION_TYPE_STRINGIDS = 0x0001;
public static final short SECTION_TYPE_TYPEIDS = 0x0002;
public static final short SECTION_TYPE_PROTOIDS = 0x0003;
public static final short SECTION_TYPE_FIELDIDS = 0x0004;
public static final short SECTION_TYPE_METHODIDS = 0x0005;
public static final short SECTION_TYPE_CLASSDEFS = 0x0006;
public static final short SECTION_TYPE_MAPLIST = 0x1000;
public static final short SECTION_TYPE_TYPELISTS = 0x1001;
public static final short SECTION_TYPE_ANNOTATIONSETREFLISTS = 0x1002;
public static final short SECTION_TYPE_ANNOTATIONSETS = 0x1003;
public static final short SECTION_TYPE_CLASSDATA = 0x2000;
public static final short SECTION_TYPE_CODES = 0x2001;
public static final short SECTION_TYPE_STRINGDATAS = 0x2002;
public static final short SECTION_TYPE_DEBUGINFOS = 0x2003;
public static final short SECTION_TYPE_ANNOTATIONS = 0x2004;
public static final short SECTION_TYPE_ENCODEDARRAYS = 0x2005;
public static final short SECTION_TYPE_ANNOTATIONSDIRECTORIES = 0x2006;

//各类Section 索引区
public final Section header = new Section(SECTION_TYPE_HEADER, true);
public final Section stringIds = new Section(SECTION_TYPE_STRINGIDS, true);
public final Section typeIds = new Section(SECTION_TYPE_TYPEIDS, true);
public final Section protoIds = new Section(SECTION_TYPE_PROTOIDS, true);
public final Section fieldIds = new Section(SECTION_TYPE_FIELDIDS, true);
public final Section methodIds = new Section(SECTION_TYPE_METHODIDS, true);
public final Section classDefs = new Section(SECTION_TYPE_CLASSDEFS, true);
public final Section mapList = new Section(SECTION_TYPE_MAPLIST, true);
public final Section typeLists = new Section(SECTION_TYPE_TYPELISTS, true);
public final Section annotationSetRefLists = new Section(SECTION_TYPE_ANNOTATIONSETREFLISTS, true);
public final Section annotationSets = new Section(SECTION_TYPE_ANNOTATIONSETS, true);
public final Section classDatas = new Section(SECTION_TYPE_CLASSDATA, false);
public final Section codes = new Section(SECTION_TYPE_CODES, true);
public final Section stringDatas = new Section(SECTION_TYPE_STRINGDATAS, false);
public final Section debugInfos = new Section(SECTION_TYPE_DEBUGINFOS, false);
public final Section annotations = new Section(SECTION_TYPE_ANNOTATIONS, false);
public final Section encodedArrays = new Section(SECTION_TYPE_ENCODEDARRAYS, false);
public final Section annotationsDirectories = new Section(SECTION_TYPE_ANNOTATIONSDIRECTORIES, true);
public final Section[] sections = {
header, stringIds, typeIds, protoIds, fieldIds, methodIds, classDefs, mapList,
typeLists, annotationSetRefLists, annotationSets, classDatas, codes, stringDatas,
debugInfos, annotations, encodedArrays, annotationsDirectories
};

public int checksum;    //checksum校验值
public byte[] signature;    //signatur识别签名
public int fileSize;
public int linkSize;
public int linkOff;
public int dataSize;
public int dataOff;
...
}

com.tencent.tinker.android.dex.TableOfContents.Section

描述选区大小和偏移量

public static class Section implements Comparable<Section> {
public static final int UNDEF_INDEX = -1;
public static final int UNDEF_OFFSET = -1;
public final short type;
public boolean isElementFourByteAligned;
public int size = 0;
public int off = UNDEF_OFFSET;
public int byteCount = 0;
...
}

com.tencent.tinker.android.dex.Dex.StringTable

string表描述

private final class StringTable extends AbstractList<String> implements RandomAccess {
@Override public String get(int index) {
checkBounds(index, tableOfContents.stringIds.size);
int stringOff = openSection(tableOfContents.stringIds.off + (index * SizeOf.STRING_ID_ITEM)).readInt();
return openSection(stringOff).readStringData().value;
}
@Override public int size() {
return tableOfContents.stringIds.size;
}
}

整个数据结构是基于Selection进行构建，只需要保存一些大小和偏移，需要取值时操作data即可，data也就是dex文件的二进制数组。