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Android避坑指南,發(fā)現(xiàn)了一個極度不安全的操作

 最近發(fā)現(xiàn)微信多了個專輯功能,可以把一系列的原創(chuàng)文章聚合,剛好我每周都會遇到很多同學(xué)問我各種各樣的問題,部分問題還是比較有意義的,我會在周末詳細(xì)的寫demo驗(yàn)證,簡單擴(kuò)展一下寫成文章分享給大家。

1. 先看一個問題

來一起看一段代碼:

 
 
 
 
  1. public class Student  { 
  2.     private Student() { 
  3.         throw new IllegalArgumentException("can not create."); 
  4.     } 
  5.     public String name; 
  6.  

我們?nèi)绾瓮ㄟ^Java代碼創(chuàng)建一個Student對象?

我們先想下通過Java創(chuàng)建對象大概有哪些方式:

  1. new Student() // 私有

  2. 反射調(diào)用構(gòu)造方法 //throw ex

  3. 反序列化 // 需要實(shí)現(xiàn)相關(guān)序列化接口

  4. clone // 需要實(shí)現(xiàn)clone相關(guān)接口

  5. ...

好了,已經(jīng)超出我的知識點(diǎn)范疇了。

不免心中嘀咕:

這題目太偏了,毫無意義,而且文章標(biāo)題是 Android 避坑指南,看起來毫無關(guān)系

是的,確實(shí)很偏,跳過這個問題,我們往下看,看看是怎么在Android開發(fā)過程中遇到的,而且看完后,這個問題就迎刃而解了。

2. 問題的來源

上周一個群有個小伙伴,遇到了一個Kotlin寫的Bean,在做Gson將字符串轉(zhuǎn)化成具體的Bean對象時,發(fā)生了一個不符合預(yù)期的問題。

因?yàn)槭撬麄冺?xiàng)目的代碼,我就不貼了,我寫了個類似的小例子來替代。

對于Java Bean,kotlin可以用data class,網(wǎng)上也有很多博客表示:

在 Kotlin 中,不需要自己動手去寫一個 JavaBean,可以直接使用 DataClass,使用 DataClass 編譯器會默默地幫我們生成一些函數(shù)。

我們先寫個Bean:

 
 
 
 
  1. data class Person(var name: String, var age: Int) { 
  2.  
  3.  

這個Bean是用于接收服務(wù)器數(shù)據(jù),通過Gson轉(zhuǎn)化為對象的。

簡化一下代碼為:

 
 
 
 
  1. val gson = Gson() 
  2. val person = gson.fromJson("{\"age\":\"12\"}", Person::class.java) 

我們傳遞了一個json字符串,但是沒有包含key為name的值,并且注意:

在Person中name的類型是String,也就是說是不允許name=null的

那么上面的代碼,我運(yùn)行起來結(jié)果是什么呢?

  1. 報(bào)錯,畢竟沒有傳name的值;

  2. 不報(bào)錯,name 默認(rèn)值為"";

  3. 不報(bào)錯,name=null;

感覺1最合理,也符合Kotlin的空安全檢查。

驗(yàn)證一下,修改一下代碼,看一下輸出:

 
 
 
 
  1. val gson = Gson() 
  2. val person = gson.fromJson("{\"age\":\"12\"}", Person::class.java) 
  3. println(person.name ) 

輸出結(jié)果:

 
 
 
 
  1. null 

是不是有些奇怪, 感覺意外繞過了Kotlin的空類型檢查。

所以那位出問題的同學(xué),在這里之后數(shù)據(jù)就出了問題,導(dǎo)致一直排查困難。

我們再改一下代碼:

 
 
 
 
  1. data class Person(var name: String, var age: Int): People(){ 

我們讓Person繼承自People類:

 
 
 
 
  1. public class People { 
  2.  
  3.     public People(){ 
  4.         System.out.println("people cons"); 
  5.     } 
  6.  

在People類的構(gòu)造方法中打印日志。

我們都清楚,正常情況下,一般構(gòu)造子類對象,必然會先執(zhí)行父類的構(gòu)造方法。

運(yùn)行一下:

沒有執(zhí)行父類構(gòu)造方法,但對象構(gòu)造出來了

這里可以猜到, Person對象的構(gòu)建,并不是常規(guī)的構(gòu)建對象,沒有走構(gòu)造方法。

那么它是怎么做到的呢?

只能去Gson的源碼中去找答案了。

找到其怎么做的,其實(shí)就相當(dāng)于解答了我們文首的問題。

3. 追查原因

Gson這樣構(gòu)造出一個對象,但是沒有走父類構(gòu)造這種,如果真是的這樣,那么是極其危險(xiǎn)的。

會讓程序完全不符合運(yùn)行預(yù)期,少了一些必要邏輯。

所以我們提前說一下,大家不用太驚慌,并不是Gson很容易出現(xiàn)這樣的情況,而是恰好上例的寫法碰上了,我們一會會說清楚。

首先我們把Person這個kotlin的類,轉(zhuǎn)成Java,避免背后藏了一些東西:

 
 
 
 
  1. # 反編譯之后的顯示 
  2. public final class Person extends People { 
  3.    @NotNull 
  4.    private String name; 
  5.    private int age; 
  6.  
  7.    @NotNull 
  8.    public final String getName() { 
  9.       return this.name; 
  10.    } 
  11.  
  12.    public final void setName(@NotNull String var1) { 
  13.       Intrinsics.checkParameterIsNotNull(var1, ""); 
  14.       this.name = var1; 
  15.    } 
  16.  
  17.    public final int getAge() { 
  18.       return this.age; 
  19.    } 
  20.  
  21.    public final void setAge(int var1) { 
  22.       this.age = var1; 
  23.    } 
  24.  
  25.    public Person(@NotNull String name, int age) { 
  26.       Intrinsics.checkParameterIsNotNull(name, "name"); 
  27.       super(); 
  28.       this.name = name; 
  29.       this.age = age; 
  30.    } 
  31.  
  32.    // 省略了一些方法。 

可以看到Person有一個包含兩參的構(gòu)造方法,并且這個構(gòu)造方法中有name的空安全檢查。

也就是說,正常通過這個構(gòu)造方法構(gòu)建一個Person對象,是不會出現(xiàn)空安全問題的。

那么只能去看看Gson的源碼了:

Gson的邏輯,一般都是根據(jù)讀取到的類型,然后找對應(yīng)的TypeAdapter去處理,本例為Person對象,所以會最終走到`ReflectiveTypeAdapterFactory.create`然后返回一個TypeAdapter。

我們看一眼其內(nèi)部代碼:

 
 
 
 
  1. # ReflectiveTypeAdapterFactory.create 
  2. @Override  
  3. public  TypeAdapter create(Gson gson, final TypeToken type) { 
  4.     Class raw = type.getRawType(); 
  5.  
  6.     if (!Object.class.isAssignableFrom(raw)) { 
  7.       return null; // it's a primitive! 
  8.     } 
  9.  
  10.     ObjectConstructor constructor = constructorConstructor.get(type); 
  11.     return new Adapter(constructor, getBoundFields(gson, type, raw)); 

重點(diǎn)看constructor這個對象的賦值,它一眼就知道跟構(gòu)造對象相關(guān)。

 
 
 
 
  1. # ConstructorConstructor.get 
  2. public  ObjectConstructor get(TypeToken typeToken) { 
  3.     final Type type = typeToken.getType(); 
  4.     final Class rawType = typeToken.getRawType(); 
  5.  
  6.     // ...省略一些緩存容器相關(guān)代碼 
  7.  
  8.     ObjectConstructor defaultConstructor = newDefaultConstructor(rawType); 
  9.     if (defaultConstructor != null) { 
  10.       return defaultConstructor; 
  11.     } 
  12.  
  13.     ObjectConstructor defaultImplementation = newDefaultImplementationConstructor(type, rawType); 
  14.     if (defaultImplementation != null) { 
  15.       return defaultImplementation; 
  16.     } 
  17.  
  18.     // finally try unsafe 
  19.     return newUnsafeAllocator(type, rawType); 
  20.   } 

可以看到該方法的返回值有3個流程:

  1. newDefaultConstructor

  2. newDefaultImplementationConstructor

  3. newUnsafeAllocator 

我們先看第一個newDefaultConstructor

 
 
 
 
  1. private  ObjectConstructor newDefaultConstructor(Class rawType) { 
  2.     try { 
  3.       final Constructor constructor = rawType.getDeclaredConstructor(); 
  4.       if (!constructor.isAccessible()) { 
  5.         constructor.setAccessible(true); 
  6.       } 
  7.       return new ObjectConstructor() { 
  8.         @SuppressWarnings("unchecked") // T is the same raw type as is requested 
  9.         @Override public T construct() { 
  10.             Object[] args = null; 
  11.             return (T) constructor.newInstance(args); 
  12.  
  13.             // 省略了一些異常處理 
  14.       }; 
  15.     } catch (NoSuchMethodException e) { 
  16.       return null; 
  17.     } 
  18.   } 

可以看到,很簡單,嘗試獲取了無參的構(gòu)造函數(shù),如果能夠找到,則通過newInstance反射的方式構(gòu)建對象。

追隨到我們的Person的代碼,其實(shí)該類中只有一個兩參的構(gòu)造函數(shù),并沒有無參構(gòu)造,從而會命中NoSuchMethodException,返回null。

返回null會走newDefaultImplementationConstructor,這個方法里面都是一些集合類相關(guān)對象的邏輯,直接跳過。

那么,最后只能走: newUnsafeAllocator 方法了。

從命名上面就能看出來,這是個不安全的操作。

newUnsafeAllocator最終是怎么不安全的構(gòu)建出一個對象呢?

往下看,最終執(zhí)行的是:

 
 
 
 
  1. public static UnsafeAllocator create() { 
  2. // try JVM 
  3. // public class Unsafe { 
  4. //   public Object allocateInstance(Class type); 
  5. // } 
  6. try { 
  7.   Class unsafeClass = Class.forName("sun.misc.Unsafe"); 
  8.   Field f = unsafeClass.getDeclaredField("theUnsafe"); 
  9.   f.setAccessible(true); 
  10.   final Object unsafe = f.get(null); 
  11.   final Method allocateInstance = unsafeClass.getMethod("allocateInstance", Class.class); 
  12.   return new UnsafeAllocator() { 
  13.     @Override 
  14.     @SuppressWarnings("unchecked") 
  15.     public  T newInstance(Class c) throws Exception { 
  16.       assertInstantiable(c); 
  17.       return (T) allocateInstance.invoke(unsafe, c); 
  18.     } 
  19.   }; 
  20. } catch (Exception ignored) { 
  21.  
  22. // try dalvikvm, post-gingerbread use ObjectStreamClass 
  23. // try dalvikvm, pre-gingerbread , ObjectInputStream 
  24.  

可以看到Gson在沒有找到無參的構(gòu)造方法后,通過 sun.misc.Unsafe 構(gòu)造了一個對象。

注意:Unsafe該類并不是所有的Android 版本中都包含,不過目前新版本都包含,所以Gson這個方法中有3段邏輯都是用來生成對象的,你可以認(rèn)為3重保險(xiǎn),針對不同平臺。本文測試設(shè)備:Android 29模擬器

我們這里暫時只討論sun.misc.Unsafe,其他的其實(shí)一個意思。

`sun.misc.Unsafe`何許API?

Unsafe是位于sun.misc包下的一個類,主要提供一些用于執(zhí)行低級別、不安全操作的方法,如直接訪問系統(tǒng)內(nèi)存資源、自主管理內(nèi)存資源等,這些方法在提升Java運(yùn)行效率、增強(qiáng)Java語言底層資源操作能力方面起到了很大的作用。但由于Unsafe類使Java語言擁有了類似C語言指針一樣操作內(nèi)存空間的能力,這無疑也增加了程序發(fā)生相關(guān)指針問題的風(fēng)險(xiǎn)。在程序中過度、不正確使用Unsafe類會使得程序出錯的概率變大,使得Java這種安全的語言變得不再“安全”,因此對Unsafe的使用一定要慎重。

https://tech.meituan.com/2019/02/14/talk-about-java-magic-class-unsafe.html

具體可以參考美團(tuán)的這篇文章。

好了,到這里就真相大白了。

原因是我們Person沒有提供默認(rèn)的構(gòu)造方法,Gson在沒有找到默認(rèn)構(gòu)造方法時,它就直接通過Unsafe的方法,繞過了構(gòu)造方法,直接構(gòu)建了一個對象。

到這里,我們收獲了:

  1. Gson是如何構(gòu)建對象的?

  2. 我們在寫需要Gson轉(zhuǎn)化為對象的類的時候,一定要記得有默認(rèn)的構(gòu)造方法,否則雖然不報(bào)錯,但是很不安全!

  3. 我們了解到了還有這種Unsafe黑科技的方式構(gòu)造對象。

4. 回到文章開始的問題

Java中咋么構(gòu)造一個下面的Student對象呢?

 
 
 
 
  1. public class Student  { 
  2.     private Student() { 
  3.         throw new IllegalArgumentException("can not create."); 
  4.     } 
  5.     public String name; 

我們模仿Gson的代碼,編寫如下:

 
 
 
 
  1. try { 
  2.     val unsafeClass = Class.forName("sun.misc.Unsafe") 
  3.     val f = unsafeClass.getDeclaredField("theUnsafe") 
  4.     f.isAccessible = true 
  5.     val unsafe = f.get(null) 
  6.     val allocateInstance = unsafeClass.getMethod("allocateInstance", Class::class.java) 
  7.     val student = allocateInstance.invoke(unsafe, Student::class.java) 
  8.     (student as Student).apply { 
  9.         name = "zhy" 
  10.     } 
  11.     println(student.name) 
  12. } catch (ignored: Exception) { 
  13.     ignored.printStackTrace() 

輸出:

 
 
 
 
  1. shy 

成功構(gòu)建。

5. 

Unsafe 一點(diǎn)用沒有?

看到這里,大家可能最大的收獲就是了解Gson構(gòu)建對象流程,以及以后寫B(tài)ean的時候會注意提供默認(rèn)的無參構(gòu)造方法,尤其在使用Kotlin  `data class `的時候。

那么剛才我們所說的Unsafe方法在Android上就沒有其他實(shí)際用處嗎?

這個類,提供了類似C語言指針一樣操作內(nèi)存空間的能力。

大家都知道在Android P上面,Google限制了app對hidden API的訪問。

但是,Google不能限制自己對hidden API訪問對吧,所以它自己的相關(guān)類,是允許訪問hidden API的。

那么Google是如何區(qū)分是我們app調(diào)用,還是它自己調(diào)用呢?

其中有一個辦法就是通過ClassLoader,系統(tǒng)認(rèn)為如果ClassLoader為BootStrapClassLoader則就認(rèn)為是系統(tǒng)類,則放行。

那么,我們突破P訪問限制,其中一個思路就是,搞一個類,把它的ClassLoader換成BootStrapClassLoader,從而可以反射任何hidden api。

怎么換呢?

只要把這個類的classLoader成員變量設(shè)置為null就可以了。

參考代碼:

 
 
 
 
  1. private void testJavaPojie() { 
  2.     try { 
  3.       Class reflectionHelperClz = Class.forName("com.example.support_p.ReflectionHelper"); 
  4.       Class classClz = Class.class; 
  5.       Field classLoaderField = classClz.getDeclaredField("classLoader"); 
  6.       classLoaderField.setAccessible(true); 
  7.       classLoaderField.set(reflectionHelperClz, null); 
  8.     } catch (Exception e) { 
  9.           e.printStackTrace(); 
  10.     } 
  11. 來自:https://juejin.im/post/5ba0f3f7e51d450e6f2e39e0

但是這樣有個問題,上面的代碼用到了反射修改一個類的classLoader成員,假設(shè)google有一天把反射設(shè)置classLoader也完全限制掉,就不行了。

那么怎么辦?原理還是換ClassLoader,但是我們不走Java反射的方式了,而是用Unsafe:

參考代碼:

 
 
 
 
  1. @Keep 
  2. public class ReflectWrapper { 
  3.  
  4.     //just for finding the java.lang.Class classLoader field's offset 
  5.     @Keep 
  6.     private Object classLoaderOffsetHelper; 
  7.  
  8.     static { 
  9.         try { 
  10.             Class VersionClass = Class.forName("android.os.Build$VERSION"); 
  11.             Field sdkIntField = VersionClass.getDeclaredField("SDK_INT"); 
  12.             sdkIntField.setAccessible(true); 
  13.             int sdkInt = sdkIntField.getInt(null); 
  14.             if (sdkInt >= 28) { 
  15.                 Field classLoader = ReflectWrapper.class.getDeclaredField("classLoaderOffsetHelper"); 
  16.                 long classLoaderOffset = UnSafeWrapper.getUnSafe().objectFieldOffset(classLoader); 
  17.                 if (UnSafeWrapper.getUnSafe().getObject(ReflectWrapper.class, classLoaderOffset) instanceof ClassLoader) { 
  18.                     Object originalClassLoader = UnSafeWrapper.getUnSafe().getAndSetObject(ReflectWrapper.class, classLoaderOffset, null); 
  19.                 } else { 
  20.                     throw new RuntimeException("not support"); 
  21.                 } 
  22.             } 
  23.         } catch (Exception e) { 
  24.             throw new RuntimeException(e); 
  25.         } 
  26.     } 
  27. 來自作者區(qū)長:一種純 Java 層繞過 Android P 私有函數(shù)調(diào)用限制的方式,一文。 

Unsafe賦予了我們操作內(nèi)存的能力,也就能完成一些平時只能依賴C++完成的代碼。

好了,從一位朋友遇到的問題,由此引發(fā)了一整篇文章的討論,希望你能有所收獲。


網(wǎng)頁名稱:Android避坑指南,發(fā)現(xiàn)了一個極度不安全的操作
當(dāng)前網(wǎng)址:http://www.dlmjj.cn/article/djodpcp.html