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手把手講解 Android Hook-Activity的啟動流程

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Android

前言

手把手讲解系列文章，是我写给各位看官，也是写给我自己的。
文章可能过分详细，但是这是为了帮助到尽量多的人，毕竟工作5,6年，不能老吸血，也到了回馈开源的时候.
这个系列的文章：
1、用通俗易懂的讲解方式，讲解一门技术的实用价值
2、详细书写源码的追踪，源码截图，绘制类的结构图，尽量详细地解释原理的探索过程
3、提供Github 的可运行的Demo工程,但是我所提供代码，更多是提供思路，抛砖引玉，请酌情cv
4、集合整理原理探索过程中的一些坑，或者demo的运行过程中的注意事项
5、用gif图，最直观地展示demo运行效果
如果觉得细节太细，直接跳过看结论即可。
本人能力有限，如若发现描述不当之处，欢迎留言批评指正。

学到老活到老，路漫漫其修远兮。与众君共勉 !

引子

上一篇文章手把手讲解 Android Hook入门Demo 中，用了一个最最简单的案例讲解hook是个什么玩意. 咱不能老玩低端，来点复杂的吧。Activity的启动流程，做安卓开发的人都是绕不开它的，但是要真正知悉其源码逻辑，还是不太容易.
先给出本文的代码Demo，有兴趣的大神们可以下载看看

鸣谢

翻了很多关于hook Activity启动流程的博客，这位大佬的文章给我的启发最大
https://blog.csdn.net/gdutxiaoxu/article/details/81459910
但是，可能大佬的博文对于有些基础不足的初中级安卓工程师还不够友好，所以我把大佬的思想用更通俗，更具象化的方式再展示一遍.并且，阅读源码的时候一些坑，我都会详细给出解决方案。

正文大纲

1. 两种启动Activity的方式源码追踪 示例代码，程序执行走向图.
2. 第一种启动方式的hook方案
3. 第二种启动方式的hook方案
4. 目前方案弊端分析
5. 最终解决方案
6. HOOK开发可能的坑

正文

1. 两种启动Activity的方式源码追踪 (`源码基于` `SDK 28 ~ android-9.0`)

方式1：使用`Activity`自带的`startActivity`

示例代码

private void startActivityByActivity() {
        Intent i = new Intent(MainActivity.this, Main2Activity.class);
        startActivity(i);
    }

程序执行走向图.

代码追踪：

image.png

image.png

image.png

这里有个`if(mParent==null)`判定,先看`true`分支:

发现一个坑，mInstrumentation.execStartActivity 这里居然不能继续往下索引了?很奇怪，不过不重要，我们直接进入Instrumentation.java去找这个方法:

image.png

在这个execStartActivity中，可以找到关键代码：

int result = ActivityManager.getService()
              .startActivity(whoThread, who.getBasePackageName(), intent,
                       intent.resolveTypeIfNeeded(who.getContentResolver()),
                      token, target != null ? target.mEmbeddedID : null,
                     requestCode, 0, null, options);
checkStartActivityResult(result, intent);

通过这种方式启动Activity，最终的执行权被交给了 ActivityManager.getService()（即AMS），它的作用是启动一个Activity并且返回result，然后checkStartActivityResult(result, intent);这句话，对当前的跳转意图intent进行检测；

image.png

have you declared this activity in your AndroidManifest.xml 这句异常应该很熟悉了吧？启动一个没有注册的Activity的报错.

再看个`if(mParent==null)`的`false`分支:

image.png

image.png

控制权依然是交给了mInstrumentation.execStartActivity()，剩余的代码索引和上面的一样.

所以，代码索引的结论，按照一张图来表示就是：

代码索引结论图1.png

方式2：使用`applictonContext`的`startActivity`

private void startActivityByApplicationContext() {
        Intent i = new Intent(MainActivity.this, Main2Activity.class);
        i.setFlags(Intent.FLAG_ACTIVITY_NEW_TASK);
        getApplicationContext().startActivity(i);
    }

在 方式1 中已经展示了源码索引的方式，所以这里不再赘述贴图.直接给出代码索引结论图:

代码索引结论图2.png

两张图对比，我们很容易得出一个结论：
启动Activity的最终执行权，都被交给了 Instrumentation.java 类,
方式1：Activity.startActivity的最终执行者是它的mInstrumentation成员，mInstrumentation的持有者是 Activity自身.
方式2：getApplicationContext().startActivity(i); 的最终执行者是:ActivityThread的 mInstrumentation成员，持有者是ActivityThread 主线程.
两种方式都可以把mInstrumentation当作hook切入点，将它从它的持有者中"偷梁换柱".

下面开始动手尝试：

2. 第一种启动方式的hook方案

创建一个HookActivityHelper.java ，然后三步走：

找到hook点，以及hook对象的持有者，上文中已经说明：hook点是Activity的mInstrumentation成员，持有者就是Activity

           Field mInstrumentationField = Activity.class.getDeclaredField("mInstrumentation");
           mInstrumentationField.setAccessible(true);
           Instrumentation base = (Instrumentation) mInstrumentationField.get(activity);

base是系统原来的执行逻辑，存起来后面用得着.

创建Instrumentation代理类, 继承Instrumentation然后，重写execStartActivity方法，加入自己的逻辑，然后再执行系统的逻辑.

private static class ProxyInstrumentation extends Instrumentation {        public ProxyInstrumentation(Instrumentation base) {            this.base = base;
        }

        Instrumentation base;        public ActivityResult execStartActivity(
                Context who, IBinder contextThread, IBinder token, Activity target,
                Intent intent, int requestCode, Bundle options) {

            Log.d("ProxyInstrumentation", "我们自己的逻辑");            //这里还要执行系统的原本逻辑，但是突然发现，这个execStartActivity居然是hide的，只能反射咯
            try {
                Class<?> InstrumentationClz = Class.forName("android.app.Instrumentation");
                Method execStartActivity = InstrumentationClz.getDeclaredMethod("execStartActivity",
                        Context.class, IBinder.class, IBinder.class, Activity.class,
                        Intent.class, int.class, Bundle.class);                return (ActivityResult) execStartActivity.invoke(base, 
                            who, contextThread, token, target, intent, requestCode, options);
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }            return null;
        }

    }

用代理类对象替换 hook对象.

  ProxyInstrumentation proxyInstrumentation = new ProxyInstrumentation(base);
  mInstrumentationField.set(activity, proxyInstrumentation);

如何使用: 在MainActivity的onCreate中加入一行ActivityHookHelper.hook(this)

public class MainActivity extends AppCompatActivity {    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);

        ActivityHookHelper.hook(this);
        findViewById(R.id.btn).setOnClickListener(new View.OnClickListener() {            @Override
            public void onClick(View v) {
                startActivityByActivity();
            }
        });

    }    private void startActivityByActivity() {
        Intent i = new Intent(MainActivity.this, Main2Activity.class);
        startActivity(i);
    }

   
}

效果：跳转依然正常，并且logcat中可以发现下面的日志.

image.png
ok,插入自己的逻辑，成功

3. 第二种启动方式的hook方案

创建ApplicationContextHookHelper.java，然后同样是三步走：

1.确定hook的对象和该对象的持有者
锁定 ActivityThread的mInstrumentation成员.

            //1.主线程ActivityThread内部的mInstrumentation对象，先把他拿出来
            Class<?> ActivityThreadClz = Class.forName("android.app.ActivityThread");            //再拿到sCurrentActivityThread
            Field sCurrentActivityThreadField = ActivityThreadClz.getDeclaredField("sCurrentActivityThread");
            sCurrentActivityThreadField.setAccessible(true);            Object activityThreadObj = sCurrentActivityThreadField.get(null);//静态变量的属性get不需要参数，传null即可.
            //再去拿它的mInstrumentation
            Field mInstrumentationField = ActivityThreadClz.getDeclaredField("mInstrumentation");
            mInstrumentationField.setAccessible(true);
            Instrumentation base = (Instrumentation) mInstrumentationField.get(activityThreadObj);// OK,拿到

2.创建代理对象 和上面的代理类一模一样，就不重复贴代码了

            //2.构建自己的代理对象，这里Instrumentation是一个class，而不是接口，所以只能用创建内部类的方式来做
            ProxyInstrumentation proxyInstrumentation = new ProxyInstrumentation(base);

3.替换掉原对象

            //3.偷梁换柱
            mInstrumentationField.set(activityThreadObj, proxyInstrumentation);

如何使用: 在Main4Activity的onCreate中加入一行ApplicationContextHookHelper.hook();

public class Main4Activity extends AppCompatActivity {    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main4);

        ApplicationContextHookHelper.hook();
        findViewById(R.id.btn).setOnClickListener(new View.OnClickListener() {            @Override
            public void onClick(View v) {
                startActivityByApplicationContext();
            }
        });
    }    private void startActivityByApplicationContext() {
        Intent i = new Intent(Main4Activity.this, Main5Activity.class);
        i.setFlags(Intent.FLAG_ACTIVITY_NEW_TASK);
        getApplicationContext().startActivity(i);
    }
}

效果
image.png

OK,第二种启动方式，我们也可以加入自己的逻辑了.hook成功！

4. 目前方案弊端分析

启动方式1的hook: 只是在针对单个Activity类，来进行hook,多个Activity则需要写多次，或者写在BaseActivity里面.
启动方式2的hook:可以针对全局进行hook，无论多少个Activity，只需要调用一次ApplicationContextHookHelper.hook();函数即可,但是，它只能针对 getApplicationContext().startActivity(i); 普通的Activity.startActivity则不能起作用.

那么有没有一种完全体的解决方案：能够在全局起作用，并且可以在两种启动方式下都能hook.
回顾之前的两张代码索引结论图,会发现，两种启动Activity的方式，最终都被执行到了 AMS内部,
下一步，尝试hook AMS.

5. 最终解决方案

代码索引： 基于SDK 28 ~ android9.0

下方红框标记的部分，就是取得AMS（ActivityManagerService实例）的代码.
image.png

如果可以在系统接收到AMS实例之前，把他截了，是不是就可以达到我们的目的？
进去看看getService的代码：

image.png

真正的AMS实例来自一个Singleton单例辅助类的create()方法，并且这个Singleton单例类，提供get方法，获得真正的实例.

image.png

那么，我们从这个单例中，就可以获得系统当前的 AMS实例，将它取出来，然后保存.
OK,确认：
hook对象： ActivityManager的IActivityManagerSingleton成员变量内的单例 mInstance.
hook对象的持有者：ActivityManager的IActivityManagerSingleton成员变量

那么，动手：

找到hook对象，并且存起来

            //1.把hook的对象取出来保存
            //矮油，静态的耶，开心.
            Class<?> ActivityManagerClz = Class.forName("android.app.ActivityManager");
            Method getServiceMethod = ActivityManagerClz.getDeclaredMethod("getService");            final Object IActivityManagerObj = getServiceMethod.invoke(null);//OK，已经取得这个系统自己的AMS实例

创建自己的代理类对象，IActivityManager 是一个AIDL生成的动态接口类，所以在编译时，androidStudio会找不到这个类，所以，先反射，然后用Proxy进行创建代理。

            //2.现在创建我们的AMS实例
            //由于IActivityManager是一个接口，那么我们可以使用Proxy类来进行代理对象的创建
            // 结果被摆了一道，IActivityManager这玩意居然还是个AIDL，动态生成的类，编译器还不认识这个类，怎么办？反射咯
            Class<?> IActivityManagerClz = Class.forName("android.app.IActivityManager");            Object proxyIActivityManager = Proxy.newProxyInstance(Thread.currentThread().getContextClassLoader(), 
                new Class[]{IActivityManagerClz}, new InvocationHandler() {
                @Override
                public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {                    //proxy是创建出来的代理类，method是接口中的方法，args是接口执行时的实参
                    if (method.getName().equals("startActivity")) {
                        Log.d("GlobalActivityHook", "全局hook 到了 startActivity");
                    }                    return method.invoke(IActivityManagerObj, args);
                }
            });

偷梁换柱：这次有点复杂，不再是简单的field.set，因为这次的hook对象被包裹在了一个Singleton里。

           //3.偷梁换柱,这里有点纠结，这个实例居然被藏在了一个单例辅助类里面
            Field IActivityManagerSingletonField = ActivityManagerClz.getDeclaredField("IActivityManagerSingleton");
            IActivityManagerSingletonField.setAccessible(true);            Object IActivityManagerSingletonObj = IActivityManagerSingletonField.get(null);            //反射创建一个Singleton的class
            Class<?> SingletonClz = Class.forName("android.util.Singleton");
            Field mInstanceField = SingletonClz.getDeclaredField("mInstance");
            mInstanceField.setAccessible(true);
            mInstanceField.set(IActivityManagerSingletonObj, proxyIActivityManager);

使用方法:老样子，在你自己的Activity onCreate里面加入GlobalActivityHookHelper.hook();
运行起来，预期结果应该是：能够在logcat中看到日志：
GlobalActivityHook - 全局hook 到了 startActivity;
但是，你运行起来可能看不到这一行。

如果你看不到这个日志，那么原因就是：

程序报错了,

报错啦！

没有这样的方法，怎么回事?
debug找原因：
image.png

为什么会没有getService这个方法！？
查看了我当前设备的系统版本号
image.png

居然是23版本，6.0.
所以，恍然大悟，我们写的hook代码并没有兼容性，遇到低版本的设备，就失灵了.

解决方案:

1.找到SDK 23的源码
（注意，前方有坑，androidStudio，你如果直接把combileSDK改成23.会出现很多位置问题，所以不建议这么做. 但是我们一定要看SDK 23的源码，怎么办？

.在线查看源码 - https://www.androidos.net.cn/sourcecode ;
从谷歌官网下载SDK 23的源码，然后用SourceInsight查看）

2.查看getService方法不存在的原因，两个版本28 和 23，在这一块代码上有什么不同.
3.改造 GlobalActivityHookHelper.java ，判定当前设备的系统版本号，让它可以兼容所有版本.

按照上面的步骤：
我发现SDK 23里面：
Instrumentation类的 execStartActivitiesAsUser(Context who, IBinder contextThread, IBinder token, Activity target, Intent[] intents, Bundle options, int userId)方法里，获取AMS实例的方式完全不同.

image.png

它是使用 ActivityManagerNative.getDefault()来获得的，继续往下找，看看有没有什么不同。
进去ActivityManagerNative 找找看：
image.png

image.png

OK，找到了区别，确定结论：SDK 28和23在这块代码上的区别就是：
获得AMS实例的类名和方法名都不同.另外，查了度娘之后发现，这个变化是在SDK 26版本修改的，所以26和26以后，ActivityManager.getService()来获取，26以前，用ActivityManagerNative.getDefault()来获得
调整当前的hook方法，修改为下面这样：

public class GlobalActivityHookHelper {    //设备系统版本是不是大于等于26
    private static boolean ifSdkOverIncluding26() {        int SDK_INT = Build.VERSION.SDK_INT;        if (SDK_INT > 26 || SDK_INT == 26) {            return true;
        } else {            return false;
        }
    }    public static void hook() {        try {
            Class<?> ActivityManagerClz;            final Object IActivityManagerObj;            if (ifSdkOverIncluding26()) {
                ActivityManagerClz = Class.forName("android.app.ActivityManager");
                Method getServiceMethod = ActivityManagerClz.getDeclaredMethod("getService");
                IActivityManagerObj = getServiceMethod.invoke(null);//OK，已经取得这个系统自己的AMS实例
            } else {
                ActivityManagerClz = Class.forName("android.app.ActivityManagerNative");
                Method getServiceMethod = ActivityManagerClz.getDeclaredMethod("getDefault");
                IActivityManagerObj = getServiceMethod.invoke(null);//OK，已经取得这个系统自己的AMS实例
            }            //2.现在创建我们的AMS实例
            //由于IActivityManager是一个接口，那么其实我们可以使用Proxy类来进行代理对象的创建
            // 结果被摆了一道，IActivityManager这玩意居然还是个AIDL，动态生成的类，编译器还不认识这个类，怎么办？反射咯
            Class<?> IActivityManagerClz = Class.forName("android.app.IActivityManager");
            Object proxyIActivityManager = Proxy.newProxyInstance(Thread.currentThread().getContextClassLoader(), new Class[]{IActivityManagerClz}, new InvocationHandler() {                @Override
                public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {                    //proxy是创建出来的代理类，method是接口中的方法，args是接口执行时的实参
                    if (method.getName().equals("startActivity")) {
                        Log.d("GlobalActivityHook", "全局hook 到了 startActivity");
                    }                    return method.invoke(IActivityManagerObj, args);
                }
            });            //3.偷梁换柱,这里有点纠结，这个实例居然被藏在了一个单例辅助类里面
            Field IActivityManagerSingletonField;            if (ifSdkOverIncluding26()) {
                IActivityManagerSingletonField = ActivityManagerClz.getDeclaredField("IActivityManagerSingleton");
            } else {
                IActivityManagerSingletonField = ActivityManagerClz.getDeclaredField("gDefault");
            }

            IActivityManagerSingletonField.setAccessible(true);
            Object IActivityManagerSingletonObj = IActivityManagerSingletonField.get(null);
            Class<?> SingletonClz = Class.forName("android.util.Singleton");//反射创建一个Singleton的class
            Field mInstanceField = SingletonClz.getDeclaredField("mInstance");
            mInstanceField.setAccessible(true);
            mInstanceField.set(IActivityManagerSingletonObj, proxyIActivityManager);

        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

再次尝试：

image.png

成功，实现了全局范围内的`startActivity`动作的`hook`.

6. HOOK开发可能的坑

1. androidStudio阅读源码很多类无法索引，这是因为有一些类是@hide的，无法Ctrl点进去，
解决方案：Ctrl+shift+R 输入类名，手动进入.

2.androidStudio阅读源码直接报红 ：或者一些是AIDL动态生成的接口，无法直接查看,比IActivityManager. ，
解决方案：这种接口不用管它，如果非要用到它，那就使用本类的包名+IActivityManager作为全限定名，去反射创建它.

3. hook开发，是学习源码思想，改变源码执行流程,所以，在多个版本的设备上运行，很容易发生不兼容的情况.
解决方案：找到不兼容的设备版本，根据报的异常，参照源码的版本变迁做出相应的兼容性改动.

作者：波澜步惊
链接：https://www.jianshu.com/p/efce746836f5

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再看个if(mParent==null)的false分支:

方式2：使用applictonContext的startActivity

2. 第一种启动方式的hook方案

ok,插入自己的逻辑，成功

3. 第二种启动方式的hook方案

OK,第二种启动方式，我们也可以加入自己的逻辑了.hook成功！

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解决方案:

成功，实现了全局范围内的startActivity动作的hook.

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方式1：使用`Activity`自带的`startActivity`

这里有个`if(mParent==null)`判定,先看`true`分支:

再看个`if(mParent==null)`的`false`分支:

方式2：使用`applictonContext`的`startActivity`

成功，实现了全局范围内的`startActivity`动作的`hook`.