查看: 201|回复: 2

[转载图文] java函数转Native化的一些实践

[复制链接]
发表于 2020-5-30 09:02:09 | 显示全部楼层 |阅读模式

目的:完成MainActivity中的onCreate和replaceClassloader两个java函数的jni等价实现。
首先声明一下AS工程写的是dex动态加载,然后是为了去加载另一个1.dex里的TestActivity类。

java函数转Native化的一些实践

java函数转Native化的一些实践

java函数转Native化的一些实践

java函数转Native化的一些实践
接着使用GDA去看要加载的1.dex中查看:

java函数转Native化的一些实践

java函数转Native化的一些实践

java函数转Native化的一些实践

java函数转Native化的一些实践
如果Native转化成功,则会在logcat窗口中看到i am from TestActivity.onCreate
开始JNI转化:

java函数转Native化的一些实践

java函数转Native化的一些实践

java函数转Native化的一些实践

java函数转Native化的一些实践
0x01 使用JNI实现onCreate函数的等价转换
1. 首先是注释掉onCreate,并添加声明。
protected native void onCreate(Bundle SavedInstanceState);
  

2. 其中,setContentView(R.layout.activity_main);这个语句中会有R类,这是自动生成类,我们需要在GDA中观看它的反编译结果。
发现其中都是些静态Static int 属性,一会儿用Field的时候选择StaticInt 和Static。

java函数转Native化的一些实践

java函数转Native化的一些实践

java函数转Native化的一些实践

java函数转Native化的一些实践
3. 转Jni层实现
onCreate的前两行都没什么大问题,一般的反射思路。
//第一行:super.onCreate(savedInstanceState);因此首先需要获取superclass
  jclass AppCompatActivity_cls1 = env->FindClass("androidx/appcompat/app/AppCompatActivity");//已经知道类名
  jclass MainActivity_cls1 = env->FindClass("com/kanxue/loaddex/MainActivity");
  //调用这个函数protected void onCreate(@Nullable Bundle savedInstanceState)
  jmethodID superclassOnCreate_mid = env->GetMethodID(AppCompatActivity_cls1,"onCreate","(Landroid/os/Bundle;)V");
  env->CallNonvirtualVoidMethod(thiz,AppCompatActivity_cls1,superclassOnCreate_mid,Bundle);
  //第二行:setContentView(R.layout.activity_main);
  jmethodID setContentView_mid = env->GetMethodID(MainActivity_cls1,"setContentView","(I)V");
  jclass R_layout_cls = env->FindClass("com/kanxue/loaddex/R$layout");
  jfieldID activity_main_fid=env->GetStaticFieldID(R_layout_cls,"activity_main","I");//这里对应R$layout那个图看出来的
  jint activity_main_value = env->GetStaticIntField(R_layout_cls,activity_main_fid);
  env->CallVoidMethod(thiz,setContentView_mid,activity_main_value);
  

第三行,我们跟进并观察getApplication的函数实现:

java函数转Native化的一些实践

java函数转Native化的一些实践

java函数转Native化的一些实践

java函数转Native化的一些实践

java函数转Native化的一些实践

java函数转Native化的一些实践

java函数转Native化的一些实践

java函数转Native化的一些实践
//第三行:mApplication = this.getApplication();
  //其中,public final Application getApplication()
  jmethodID getApplication_mid=env->GetMethodID(MainActivity_cls1,"getApplication","()Landroid/app/Application;");
  jobject mApplication = env->CallObjectMethod(thiz,getApplication_mid);
  

第四行,原理和第三行一致:

java函数转Native化的一些实践

java函数转Native化的一些实践

java函数转Native化的一些实践

java函数转Native化的一些实践
//第四行:appContext = this.getApplicationContext();
  jmethodID getApplicationContext_mid=env->GetMethodID(MainActivity_cls1,"getApplicationContext","()Landroid/content/Context;");
  jobject appContext = env->CallObjectMethod(thiz,getApplicationContext_mid);
  

第五行,调用了copAssetAndWrite,因此需要注意私有属性和Static类型:
//copyAssetAndWrite函数
  private static boolean copyAssetAndWrite(String fileName) {
  try {
  File cacheDir = appContext.getCacheDir();
  if (!cacheDir.exists()) {
  cacheDir.mkdirs();
  }
  File outFile = new File(cacheDir, fileName);
  if (!outFile.exists()) {
  boolean res = outFile.createNewFile();
  if (!res) {
  return false;
  }
  } else {
  if (outFile.length() > 10) {
  return true;
  }
  }
  InputStream is = appContext.getAssets().open(fileName);
  FileOutputStream fos = new FileOutputStream(outFile);
  byte[] buffer = new byte[1024];
  int byteCount;
  while ((byteCount = is.read(buffer)) != -1) {
  fos.write(buffer, 0, byteCount);
  }
  fos.flush();
  is.close();
  fos.close();
  return true;
  } catch (IOException e) {
  e.printStackTrace();
  }
  return false;
  }
  正在上传...
  

java函数转Native化的一些实践

java函数转Native化的一些实践
//第五行:copyAssetAndWrite("1.dex");
  //其中,private static boolean copyAssetAndWrite(String fileName)
  jmethodID copyAssetAndWrite_mid=env->GetStaticMethodID(MainActivity_cls1,"copyAssetAndWrite","(Ljava/lang/String;)Z");
  jstring arg1 = env->NewStringUTF("1.dex");
  env->CallStaticBooleanMethod(MainActivity_cls1,copyAssetAndWrite_mid,arg1);
  

java.io.File android.content.Context.getCacheDir()' on a null object reference
这里遇到了一个问题,也就是当我在JNI里实现appContext的赋值后怎么让JAVA层的copyAssetAndWrite函数知道我改了值呢?
解决方法:给copyAssetAndWrite新增一个参数,就是Context类型的appContext,即我们自己来传给它:
//第五行:copyAssetAndWrite("1.dex");
  //其中,private static boolean copyAssetAndWrite(String fileName)
  jmethodID copyAssetAndWrite_mid=env->GetStaticMethodID(MainActivity_cls1,"copyAssetAndWrite","(Landroid/content/Context;Ljava/lang/String;)Z");
  jstring arg1 = env->NewStringUTF("1.dex");
  env->CallStaticBooleanMethod(MainActivity_cls1,copyAssetAndWrite_mid,appContext,arg1);
  

相对应地,MainActivity里把copyAssetAndWrite改成:
private static boolean copyAssetAndWrite(Context appContext, String fileName)
  

第六行,可以看到File是个构造函数,因此在最后调用的时候要用NewObject,而且寻找methodId的时候要用<init>。

java函数转Native化的一些实践

java函数转Native化的一些实践

java函数转Native化的一些实践

java函数转Native化的一些实践
因此File类,签名为:()Ljava/io/File;

java函数转Native化的一些实践

java函数转Native化的一些实践

java函数转Native化的一些实践

java函数转Native化的一些实践

java函数转Native化的一些实践

java函数转Native化的一些实践

java函数转Native化的一些实践

java函数转Native化的一些实践
//第六行:File dataFile = new File(this.getCacheDir(), "1.dex");
  //其中,public File getCacheDir()      public File(File parent, String child)
  jclass File_cls = env->FindClass("java/io/File");
  jmethodID getCacheDir_mid=env->GetMethodID(AppActivity_cls1,"getCacheDir","()Ljava/io/File;");
  jobject Cachedir = env->CallObjectMethod(thiz,getCacheDir_mid);
  //对于构造函数File,函数名不是File而是<init>
  jmethodID File_mid=env->GetMethodID(File_cls,"<init>","(Ljava/io/File;Ljava/lang/String;)V");
  jobject dataFile = env->NewObject(File_cls,File_mid,Cachedir,arg1);
  

第七行:
//第七行:startTestActivityFirstMethod(this, dataFile.getAbsolutePath());
  //其中,public void startTestActivityFirstMethod(Context context, String dexfilepath)
  jmethodID startTestActivityFirstMethod_mid=env->GetMethodID(MainActivity_cls1,"startTestActivityFirstMethod",
  "(Landroid/content/Context;Ljava/lang/String;)V");
  //其中,public String getAbsolutePath()
  jmethodID getAbsolutePath_mid=env->GetMethodID(MainActivity_cls1,"getAbsolutePath","()Ljava/lang/String;");
  jstring arg2 = static_cast<jstring >( env->CallObjectMethod(thiz,getAbsolutePath_mid));
  env->CallVoidMethod(MainActivity_cls1,startTestActivityFirstMethod_mid,thiz,arg2);
  

报错:can't call void com.kanxue.loaddex.MainActivity.startTestActivityFirstMethod(android.content.Context, java.lang.String) on instance of java.lang.Class<com.kanxue.loaddex.MainActivity>
经研究发现,是CallNonvirtualVoid和Callvoid之间的区别问题。
CallNonVirtualVoidMethod是调用含子类重写父类函数的函数MainActivity中的onCreate是重写,不是继承。
CallVoidMethod 调用的是当前对象自己的函数。
因此正确应该是写成:
//第七行:startTestActivityFirstMethod(this, dataFile.getAbsolutePath());
  //其中,内部有:public String getAbsolutePath()
  jmethodID getAbsolutePath_mid=env->GetMethodID(File_cls,"getAbsolutePath","()Ljava/lang/String;");
  jstring arg2 = static_cast<jstring>( env->CallObjectMethod(dataFile,getAbsolutePath_mid));
  //其中,外部有:public void startTestActivityFirstMethod(Context context, String dexfilepath)
  jmethodID startTestActivityFirstMethod_mid=env->GetMethodID(MainActivity_cls1,"startTestActivityFirstMethod",
  "(Landroid/content/Context;Ljava/lang/String;)V");
  const char* content_ptr=env->GetStringUTFChars(arg2, nullptr);
  __android_log_print(4,"kanxue->homework", "arg2->%s",content_ptr );//打印动态加载1.dex的路径
  env->CallNonvirtualVoidMethod(thiz,MainActivity_cls1,startTestActivityFirstMethod_mid,thiz,arg2);
  

关于onCreate的Native化。
成功打印出log:

java函数转Native化的一些实践

java函数转Native化的一些实践

java函数转Native化的一些实践

java函数转Native化的一些实践
0x02 接下来使用JNI实现replaceClassloader
//replaceClassLoader的代码
  public void replaceClassloader(ClassLoader classloader){
  Class<?> ActivityThreadClazz = classloader.loadClass("android.app.ActivityThread");
  Method currentActivityThreadMethod = ActivityThreadClazz.getDeclaredMethod("currentActivityThread");
  currentActivityThreadMethod.setAccessible(true);
  Object activityThreadObj = currentActivityThreadMethod.invoke(null);
  //final ArrayMap<String, WeakReference<LoadedApk>> mPackages = new ArrayMap<>();
  Field mPackagesField = ActivityThreadClazz.getDeclaredField("mPackages");
  mPackagesField.setAccessible(true);
  ArrayMap mPackagesObj = (ArrayMap) mPackagesField.get(activityThreadObj);
  WeakReference wr = (WeakReference) mPackagesObj.get(this.getPackageName());
  Object loadedApkObj = wr.get();
  Class LoadedApkClazz = classloader.loadClass("android.app.LoadedApk");
  Field mClassLoaderField = LoadedApkClazz.getDeclaredField("mClassLoader");
  mClassLoaderField.setAccessible(true);
  mClassLoaderField.set(loadedApkObj, classloader);
  }
  

这个replace函数可以有两种等价实现:
1. 一种是严格的翻译,使用java中反射相关的api;  根据前面的反射思路,我直接给出这部分代码,步骤非常的固定,“jclass->jmethodID->CallxxxxMethod”以这种方式循环:
  extern "C" JNIEXPORT void JNICALL
  Java_com_kanxue_loaddex_MainActivity_JNI_1replaceClassloader(JNIEnv *env,
  jobject thiz,jobject classloader){
  jclass Classloader_jclass = env->FindClass("java/lang/ClassLoader");
  jmethodID loadClass_mid = env->GetMethodID(Classloader_jclass, "loadClass",
  "(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/Class;");
  jstring ActivityThreadName = env->NewStringUTF("android.app.ActivityThread");
  jobject ActivityThread_class = env->CallObjectMethod(classloader, loadClass_mid,
  ActivityThreadName);
  jclass Class_jclass = env->FindClass("java/lang/Class");
  jclass Method_jclass = env->FindClass("java/lang/reflect/Method");
  jmethodID setAccessible_mid = env->GetMethodID(Method_jclass, "setAccessible", "(Z)V");
  jmethodID getDeclaredMethod_mid = env->GetMethodID(Class_jclass, "getDeclaredMethod",
  "(Ljava/lang/String;[Ljava/lang/Class;)Ljava/lang/reflect/Method;");
  jmethodID getDeclaredField_mid = env->GetMethodID(Class_jclass, "getDeclaredField",
  "(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/reflect/Field;");
  jstring currentActivityThread_jstring = env->NewStringUTF("currentActivityThread");
  //下面的第二个参数不能省略
  jobject currentActivityThreadMethod = env->CallObjectMethod(ActivityThread_class,
  getDeclaredMethod_mid,
  currentActivityThread_jstring,
  nullptr);
  env->CallVoidMethod(currentActivityThreadMethod, setAccessible_mid, true);
  //Object invoke(Object obj, Object... args)
  jmethodID invoke_mid = env->GetMethodID(Method_jclass, "invoke",
  "(Ljava/lang/Object;[Ljava/lang/Object;)Ljava/lang/Object;");
  //下面的参数不能省略
  jobject currentActivityThreadObj = env->CallObjectMethod(currentActivityThreadMethod,
  invoke_mid, nullptr, nullptr);
  /*      Field mPackagesField = ActivityThreadClazz.getDeclaredField("mPackages");
  mPackagesField.setAccessible(true);
  ArrayMap mPackagesObj = (ArrayMap) mPackagesField.get(activityThreadObj);
  */
  jstring mPackagesField_jstring = env->NewStringUTF("mPackages");
  jobject mPackagesField = env->CallObjectMethod(ActivityThread_class, getDeclaredField_mid,
  mPackagesField_jstring);
  jclass Field_jclass = env->FindClass("java/lang/reflect/Field");
  env->CallVoidMethod(mPackagesField, setAccessible_mid, true);
  jmethodID get_Method = env->GetMethodID(Field_jclass, "get",
  "(Ljava/lang/Object;)Ljava/lang/Object;");
  jobject mPackagesObj = env->CallObjectMethod(mPackagesField, get_Method,
  currentActivityThreadObj);
  jclass ArrayMap_jclass = env->FindClass("android/util/ArrayMap");
  jmethodID ArrayMap_get_mid = env->GetMethodID(ArrayMap_jclass, "get",
  "(Ljava/lang/Object;)Ljava/lang/Object;");
  jclass Context_jclass = env->FindClass("android/content/Context");
  jmethodID getPackageName_mid = env->GetMethodID(Context_jclass, "getPackageName",
  "()Ljava/lang/String;");
  jobject packagename = env->CallObjectMethod(thiz, getPackageName_mid);
  /*WeakReference wr = (WeakReference) mPackagesObj.get(this.getPackageName());
  Object loadedApkObj = wr.get();
  Class LoadedApkClazz = classloader.loadClass("android.app.LoadedApk");
  Field mClassLoaderField = LoadedApkClazz.getDeclaredField("mClassLoader");
  mClassLoaderField.setAccessible(true);
  mClassLoaderField.set(loadedApkObj, classloader);
  */
  jobject wr = env->CallObjectMethod(mPackagesObj, ArrayMap_get_mid, packagename);
  jclass WeakReference_jclass = env->FindClass("java/lang/ref/WeakReference");
  jmethodID WeakReference_get_mid = env->GetMethodID(WeakReference_jclass, "get",
  "()Ljava/lang/Object;");
  jobject loadedApkObj = env->CallObjectMethod(wr, WeakReference_get_mid);
  jobject LoadedApkClazz = env->CallObjectMethod(classloader, loadClass_mid,
  env->NewStringUTF("android.app.LoadedApk"));
  jobject mClassLoaderField = env->CallObjectMethod(LoadedApkClazz, getDeclaredField_mid,
  env->NewStringUTF("mClassLoader"));
  env->CallVoidMethod(mClassLoaderField, setAccessible_mid, true);
  jmethodID set_mid = env->GetMethodID(Field_jclass, "set",
  "(Ljava/lang/Object;Ljava/lang/Object;)V");
  env->CallVoidMethod(mClassLoaderField, set_mid, loadedApkObj, classloader);
  }
  

2. 另一种是不用,我们其实要明白一点:在ndk开发中是没有反射的概念的!
这部分的思路是几行几行地去理解代码究竟在干了什么,明确最终要调用的函数及其参数,不用一句句地利用反射去写,而是一种“前瞻式”翻译
extern "C" JNIEXPORT void JNICALL
  Java_com_kanxue_loaddex_MainActivity_JNI_1replaceClassloader(
  JNIEnv *env,
  jobject thiz,jobject classloader){
  //第1行,Class<?> ActivityThreadClazz = classloader.loadClass("android.app.ActivityThread");
  jclass Activi_cls = env->FindClass("android/app/ActivityThread");
  if (Activi_cls != nullptr){ __android_log_print(4,"kanxue->homework", "Activi_cls is not null" );}
  //第2行,Method currentActivityThreadMethod = ActivityThreadClazz.getDeclaredMethod("currentActivityThread");
  //第3行,currentActivityThreadMethod.setAccessible(true);
  //第4行,Object activityThreadObj = currentActivityThreadMethod.invoke(null); 这句说明null后面无参数,且有NuLL是静态的
  //其实是调用一个private static函数
  jmethodID currentActivityThread_mid=env->GetStaticMethodID(Activi_cls,"currentActivityThread",
  "()Landroid/app/ActivityThread;");
  jobject activityThreadObj = env->CallStaticObjectMethod(Activi_cls,currentActivityThread_mid);
  if (activityThreadObj != nullptr){ __android_log_print(4,"kanxue->homework", "activityThreadObj is not null" );}
  //第5行,Field mPackagesField = ActivityThreadClazz.getDeclaredField("mPackages");
  //第6行,mPackagesField.setAccessible(true);
  //第7行,ArrayMap mPackagesObj = (ArrayMap) mPackagesField.get(activityThreadObj);
  //其实,这是在取private 非静态域的mPackages属性值,有实例化对象activityThreadObj
  jfieldID mPackages_fid = env->GetFieldID(Activi_cls,"mPackages","Landroid/util/ArrayMap;");
  jobject mPackages_obj= env->GetObjectField(activityThreadObj,mPackages_fid);
  if (mPackages_obj != nullptr){ __android_log_print(4,"kanxue->homework", "mPackages_obj is not null" );}
  //第8行,WeakReference wr = (WeakReference) mPackagesObj.get(this.getPackageName());
  //其中, public String getPackageName() 位于 android.content.ContextWrapper中
  jclass ContextWrapper_cls = env->FindClass("android/content/ContextWrapper");
  jmethodID getPackageName_mid = env->GetMethodID(ContextWrapper_cls,"getPackageName",
  "()Ljava/lang/String;");
  jobject PackageName = (env->CallObjectMethod(thiz, getPackageName_mid));
  const char* content_ptr = env->GetStringUTFChars(static_cast<jstring>(PackageName),nullptr) ;
  if (PackageName != nullptr){ __android_log_print(4,"kanxue->homework", "PackageName is %s, ok!",content_ptr );}
  //觉得这里的get是个函数   public V get(Object key)   尝试过(Ljava/lang/Object;)LV 错了
  //调用类实例对象mPackages(android.util.ArrayMap类型)的非静态成员方法get()函数
  jclass ArrayMap_cls = env->FindClass("android/util/ArrayMap");
  jmethodID Array_get = env->GetMethodID(ArrayMap_cls, "get","(Ljava/lang/Object;)Ljava/lang/Object;");
  if (Array_get != nullptr){ __android_log_print(4,"kanxue->homework", "get_mid is not null");}
  jobject wr = env->CallNonvirtualObjectMethod(mPackages_obj,ArrayMap_cls,Array_get,PackageName);
  /*jobject wr= env->GetObjectField(PackageName, reinterpret_cast<jfieldID>(mPackages_obj));*/
  if (wr != nullptr){ __android_log_print(4,"kanxue->homework", "wr is not null" );}
  //第9行, Object loadedApkObj = wr.get();
  //其中,我们首先需要获取类java.lang.ref.WeakReference的非静态成员方法get的调用id
  //错误写法:jobject loadedApkObj = env->GetObjectField(classloader, reinterpret_cast<jfieldID>(wr));【服了我自己,当时在想什么】
  //获取LoadedApk类对象实例的弱引用(WeakReference<LoadedApk>),弱引用的位置 :java/lang/ref/WeakReference
  jclass myWeakReference = env->FindClass("java/lang/ref/WeakReference");
  jmethodID WeakReference_get = env->GetMethodID( myWeakReference, "get", "()Ljava/lang/Object;");
  jobject loadedApkObj = env->CallObjectMethod(wr,WeakReference_get);
  if (loadedApkObj != nullptr){ __android_log_print(4,"kanxue->homework", "loadedApkObj is not null" );}
  //第10行, Class LoadedApkClazz = classloader.loadClass("android.app.LoadedApk");
  //第11行,Field mClassLoaderField = LoadedApkClazz.getDeclaredField("mClassLoader");
  //第12行,mClassLoaderField.setAccessible(true);
  //第13行,mClassLoaderField.set(loadedApkObj, classloader);
  //其实,这是在设置private 非静态的mClassLoader的属性值
  //首先我们需要获取类android.app.LoadedApk的非静态私有成员mClassLoader的fid
  jclass LoadedApk_cls = env->FindClass("android/app/LoadedApk");
  if (LoadedApk_cls != nullptr){ __android_log_print(4,"kanxue->homework", "LoadedApk_cls is not null" );}
  jfieldID mClassLoader_fid = env->GetFieldID(LoadedApk_cls,"mClassLoader","Ljava/lang/ClassLoader;");
  env->SetObjectField(loadedApkObj,mClassLoader_fid,classloader);
  }
  

从以上第二部分的代码可以看出,如果我把注释和log打印信息全部删除,只保留精简部分,那么代码长度是远小于第一种方法的。
成功打印:

java函数转Native化的一些实践

java函数转Native化的一些实践

java函数转Native化的一些实践

java函数转Native化的一些实践
0x03 经验之谈
我在转化时遇到了大大小小的bug,我都是一步步打印log来观察正确与否的。
NDK开发当中有很多个地方需要加深学习,我的路还有很长,与君共勉!如果有幸能帮助到一些人,那我深感欣慰。

温馨提示:
1.如果您喜欢这篇帖子,请给作者点赞评分,点赞会增加帖子的热度,评分会给作者加学币。(评分不会扣掉您的积分,系统每天都会重置您的评分额度)。
2.回复帖子不仅是对作者的最好奖励,还可以获得学币奖励,请尊重作者的劳动成果,拒绝做伸手党!
3.发广告、灌水回复等违规行为一经发现直接禁言,如果本帖内容涉嫌违规,请点击论坛底部的举报反馈按钮,也可以在【投诉建议】板块发帖举报。
论坛交流群:672619046

0

主题

190

帖子

0

精华

解密专家

Rank: 16

学币
510
荣耀
0
rank
0
违规
0

神出鬼没

    发表于 2020-5-31 09:28:59 | 显示全部楼层
    感谢分享,我会认真学习的!
    学逆向论坛-免费的逆向学习论坛

    0

    主题

    190

    帖子

    0

    精华

    解密专家

    Rank: 16

    学币
    510
    荣耀
    0
    rank
    0
    违规
    0

    神出鬼没

      发表于 2020-6-1 09:16:09 | 显示全部楼层
      感谢分享,我会认真学习的!
      学逆向论坛-免费的逆向学习论坛
      微信公众号
      快速回复 返回顶部 返回列表