热修&插件 - 编译

本专题梳理下热修插件相关知识点，后续也好翻阅回顾。

开篇先简单梳理一些相关基本概念。

一、编译相关文件介绍

libdvm.so dalvik库文件。android 5.0之前使用，5.0及之后切换为libart.so
libart.so art库文件。zygote启动时main方法中执行AndroidRuntime::start，加载libart.so。
dex2oat /system/bin目录下的编译脚本。

.dex 符合android虚拟机规范的字节码文件，编译的源文件。
.vdex 存储预先验证的dex文件，在有效期内能减少不必要的dex文件验证。
.odex 包含了完整的dex文件和编译后的机器码。在有效期内可以直接执行编译好的机器码。.oat文件已被.odex取代
.art Image文件，记录应用启动热点函数相关地址，方便寻址。在speed-profile模式下根据热点函数进行类的预加载，预加载后的类可以直接map到内存中使用，不需要从dex中加载解析。

文件所在目录：
主apk包：

/data/app/cn.com.sina.sports--15rQHIm3VJ-9s1v4EUDfQ== # ls

base.apk lib oat

编译后生成的文件目录：一般应用安装后就会生成这三个文件

/data/app/cn.com.sina.sports--15rQHIm3VJ-9s1v4EUDfQ==/oat/arm or arm64 # ls

base.art base.odex base.vdex

历史演变：

版本	特点
<=6.0	输出只有odex文件，其中包含了完整的dex文件和编译后的机器码。
7.0	输出文件有odex和art文件。
8.0	输出文件有odex、art和vdex文件。

简单说：.vdex就是优化文件验证，.art就是优化类加载。

二、编译方式

历史演变：

版本	原理	优缺点
Android 4.x(Interpreter + JIT)	代码默认走解释器，但热点函数会执行JIT进行即时编译	优点：占用内存少缺点：退出app下次启动需要重复编译。
Android 5.0/5.1/6.0(interpreter + AOT)	在AOT模式下，App在安装过程时，就会完成所有编译。	优点：性能好缺点：App安装时间长，占用存储空间多。
Android 7.0之后(Interpreter + JIT + AOT)	代码默认走解释器，但热点函数会执行JIT进行即时编译，在特定场景下会按compile-filter进行AOT编译	比较于纯AOT模式：安装时间缩短，占用存储空间相对少些。比较于纯JIT，性能更好。

编译方式：具有JIT（Just-In-Time）和AOT(Ahead-of-Time)两种编译方式。
执行方式：解释器执行和执行编译后的机器码两种执行方式。

机器码生成方式：JIT生成的机器码缓存在内存中，优化解释模式的执行，属于运行时优化。而OAT生成的机器码缓存为文件，属于持久化优化，每次编译会更新文件，但是更新频率并不高。

使用dex2oat进行AOT编译的compile filter:

verify：只运行 DEX 代码验证。
quicken：运行 DEX 代码验证，并优化一些 DEX 指令，以获得更好的解释器性能。
speed-profile：运行 DEX 代码验证，并对配置文件中列出的方法进行 AOT 编译。
speed：运行 DEX 代码验证，并对所有方法进行 AOT 编译。

三、系统触发OAT编译的时机

路径	描述	编译方式	编译内容
Install	应用安装触发的编译	speed-profile	主apk
OTA升级	系统升级触发的编译	verify	主apk
load dexFile	动态加载插件触发的编译	quicken	插件
postboot	开机1分钟后，jobService触发的编译	verify	主apk
idle&charge	同时满足charge、idle状态且24小时内只触发一次，主apk通过installd触发编译,插件通过虚拟机触发编译	speed-profile	主apk 和插件

注：OTA编译是通过dex2oat脚本执行的。

四、源码中触发dex2oat编译的两条路径

4.1 由Installd触发

核心方法：

frameworks/base/services/core/java/com/android/server/pm/PackageDexOptimizer.java

private int dexOptPath(PackageParser.Package pkg, String path, String isa,
String compilerFilter, boolean profileUpdated, String classLoaderContext,
int dexoptFlags, int uid, CompilerStats.PackageStats packageStats, boolean downgrade,
String profileName, String dexMetadataPath, int compilationReason) {
   //判断是否主要做dex2oat编译
   int dexoptNeeded = getDexoptNeeded(path, isa, compilerFilter, classLoaderContext,
profileUpdated, downgrade);
if (Math.abs(dexoptNeeded) == DexFile.NO_DEXOPT_NEEDED) {
       return DEX_OPT_SKIPPED;
}
...
//通过installd走dex2oat编译
mInstaller.dexopt(path, uid, pkg.packageName, isa, dexoptNeeded, oatDir, dexoptFlags,
compilerFilter, pkg.volumeUuid, classLoaderContext, pkg.applicationInfo.seInfo,
false /* downgrade*/, pkg.applicationInfo.targetSdkVersion,
profileName, dexMetadataPath,
getAugmentedReasonName(compilationReason, dexMetadataPath != null));
...
}

这个方法主要就干了两件事：判断是否需要做dex2oat 和通过Installer binder call给installd(7.0及之前它与Installer进行socket通信) 去执行dexopt操作。

4.2 加载dex流程触发

编译的核心方法在oat_file_manager.cc中的OpenDexFilesFromOat,这里通过oat_file_assistant.cc执行isUpToDate判断dex文件是否需要编译，如果需要走它的MakeUpToDate方法，执行编译。MakeUpToDate中如果需要执行编译会走GenerateOatFileNoChecks，最终调用其Dex2Oat方法，调整好参数传给dex2oat这个执行文件去Exec。

参考：
https://source.android.com/devices/tech/dalvik/jit-compiler
https://source.android.com/devices/tech/dalvik/configure
https://www.zhihu.com/question/55652975
https://www.zhihu.com/question/275955357