作者：刘天宇(谦风)

系列文章回顾《向工程腐化开炮 | proguard治理》《向工程腐化开炮 | manifest治理》。本文为系列文章第三篇，虽然标题是 java 代码，但准确来讲，本文主要聚焦的是 jvm 字节码，因此相关工具和治理，对于 kotlin 也同样适用，如无特殊情况，不再单独说明。此外，还会涉及到 java 资源。

java 代码腐化和失控，主要体现在不合理代码使用不断累积。这里“不合理”的定义，由上层场景决定，例如在当前隐私合规监管态势下，我们不允许非预期的，代码直接调用系统敏感 API，那么“对系统敏感 API 的直接调用”就是不合理。java 代码治理，正是围绕这种“不合理“代码使用，逐步展开。

基础知识

本章不会介绍 java 语言本身，相信大家对此已有足够熟悉。相对的，会从工程应用角度，讲解几个有意思的技术点。

1.1 由源码到 apk

源代码是如何经历多重处理，最终呈现在 apk 中，了解这个过程，有助于我们认清 java 代码腐化的一些原因。从 apk 构建视角来看，java（kotlin）代码完整处理过程如下：

上述流程中，无论是 java 还是 kotlin 代码，都会首先编译为 jvm 字节码。这里需要注意，app/子工程中的 local jar、flat aar，以及通过外部依赖方式引入的 jar、aar，都是直接包含编译好的 jvm 字节码，这会带来如下优劣势：

• 【优势】无需再进行由源码到字节码的编译，在代码完全相同情况下，工程的模块化（jar/aar）程度越高，越能够缩短整体 apk 构建耗时；

• 【劣势】提前编译好的 jvm 字节码，不会再进行源码编译期各项检查，容易出现代码间引用关系不匹配情况，具体后文「不兼容引用」部分会详述。

此外，关于 jvm 和 Dalvik 字节码，一个最核心的区别是：前者的指令，基于栈，后者基于寄存器。基于寄存器的优势，主要是运行时指令执行性能的提升。此外，jvm 字节码，每个类位于独立.class 文件，而 dalvik 字节码，所有类均位于同一（几）个 dex 文件，能够更好的复用代码数据，因此存储占用更低。

1.2 使用 java8

java8 是一个比较有代表性的 java 语言版本，在 Android 中使用 java8，这个话题本身会比较复杂。首先，从 java8 新内容来看，主要分为新语言特性和新 API；其次，从编码到运行的整个链路来看，涉及编译工具链、设备预装 jdk、设备 vm（Dalvik/Art）三个部分的支持；此外，Android 本身使用的 jdk 并不是标准的 oracle jdk 或 openjdk，而是进行了一些定制后的子集。

java8 新语言特性，有一些涉及到新的 jvm 指令集，这些需要运行时 vm 能够支持。否则，就需要在编译工具链中，能够使用兼容的指令集来替换这些新指令集的功能，这个过程就是大家熟悉的“脱糖”，AndroidGradlePlugin3.0 及以上版本，已经对此实现了较好的支持。由于 Android 系统中 Art 虚拟机，直到 8.0 版本，才完全实现对 java8 新指令集的支持，因此当 apk 构建的 minSdkVersion 设置为 26（8.0）以下时，会触发脱糖处理。java8 的主要新语言特性如下：

对于 java8 新 API，两组具有代表性的是「流式编程 streams」和「函数式编程 functional」，直到 os7.0 才提供了较完整的支持。具体如何在更低 minSdkVersion 时使用这些 java8 新 API，可以参考文末官方文档。

本节对在 Android 中使用 java8 的一些基础知识，进行了讲解，关于在工程中如何具体配置，官方文档已经给出了清晰的说明，在此不赘述。

1.3 DX vs D8

由 jvm 字节码“转换到”Dalvik 字节码，需要编译工具来完成，这一任务由 DX 或 D8 承担。DX 是第一代工具，D8 是第二代工具，相对于 DX，D8 在编译速度、产物大小、代码性能方面，全面超越 DX，官方 blog 中，给出的编译速度收益约 25%，产物大小收益约 5%：

在优酷这边，由 DX 升级到 D8 后，apk 包大小降低约 9%（额外对 dex 合并进行了优化，dex 数量降低，对包大小收益较大），由此冷启动阶段 dex 加载耗时也降低了 50ms。编译耗时无法做拆解性统计，但是肯定有正向收益。

此外，对于上一小节讲到的脱糖处理，DX 并不包含，因此需要单独的前置脱糖处理，而 D8 则可以在转换过程中，直接进行脱糖，在速度和脱糖支持的全面性上，均有提升。

1.4 java 资源

java 资源如何定义，如何使用，在这里不做讲解。在 Android 开发领域，有一点需要关注的是，Java 资源会原封不动放置到最终 apk 内。这就意味着，如果 java 资源相对路径，与 apk 内其它类型元素一致，java 资源会“伪装”为其它类型元素，如果和对应类型元素有同路径文件，还会发生覆盖，引发运行时风险，提高问题排查难度。

其中，res 目录下资源“伪装”不完整，对应资源在 R 类，以及资源符号表 resources.arsc 中，并没有记录，因此，在运行时无法当作正常资源使用。此外，google 也注意到 java 资源对 Android 特有元素的这种干扰，在 AndroidGradlePlugin7.0 及以上版本，以 java 资源形式“混”入到最终 apk 内的 so，会被剔除。

治理实践

随着工程模块/代码增加，腐化逐步积累，对 app 负面影响也逐步加深：定位一个类、java 资源的成本越来越高；线程随意使用，导致线上卡顿、崩溃（华为某些机型对线程总数有限制）；敏感 API 调用缺乏整体管控，存量隐私合规整改，成本极高，新增敏感 API 调用，对监管机构复测埋下隐患；不兼容引用，必定产生运行时异常，如果涉及功能定投或被非预期 catch 住，很容易产生严重故障。在此不逐一列举，后文会详细介绍。

优酷在与 java 代码“腐化”斗争中，从上层实际需求（例如阻塞集成、线上故障、隐私合规、线程/Phenix 图片库使用管控）出发，通过相关工具建立有效的检测能力，并基于此形成日常研发卡口机制。在确保问题零新增前提下，逐步消化已有存量问题。

在问题定位、排查过程中，快速获取 java 代码、java 资源来自哪个模块，以及代码逻辑，是最基础的诉求。二、三方模块大量引入，以及 app 工程模块化程度提高，都让上述信息获取的成本变得越来越高。为此，在工具层面，开发了以下几项辅助分析功能。

• 模块包含 java 类列表。可以快速查看，目标类位于哪个模块（外部依赖模块、app 工程、subproject 工程、local jar、flat aar）：

com.android.support:support-annotations:26.0.0|-- android.support.annotation.AnyThread|-- android.support.annotation.ColorRes
project:library-aar-2:1.0|-- com.example.libraryaar2.LibraryAar2ClassOne|-- com.example.libraryaar2.CodeUsage2
project:app:1.0|-- com.example.myapplication.proguard.TestProguardParcel$1

• 模块包含 java 资源列表。用于查看目标 java 资源，来自哪个模块：

com.youku.support:moduleOne:1.6.3.9|-- com/abc/security/readme.txt
com.youku.arch:moduleTwo:1.6.3.9|-- com/tencent/mm/sdk/platformtools/rep5402863540997075488.tmp|-- com/abc/svc.manifest

• class 代码打印。将所有.class 字节码，反编译为可读文件（与 javap 反编译后格式一致），为全局排查相关问题提供便利：

# 目录结构示例：build/outputs└── op-code    ├── com.youku.android-moduleOne-1.0.2.23    │   └── com    │       └── youku    │           └── android    │               ├── AnimEndEvent.txt    │               ├── AnimIntervalEvent.txt    │               ├── AnimKeyFrameData.txt    │               ├── AnimMotionCaptureNode.txt    │               ├── AnimNodeBase.txt    │               ├── AnimSequenceBase.txt
# 内容示例：// class version 52.0 (52)// access flags 0x21public class com/example/libraryaar1/LibraryAarClassOne {

  // access flags 0x1  public Ljava/lang/String; fieldOne
  // access flags 0x1  public <init>()V    ALOAD 0    INVOKESPECIAL java/lang/Object.<init> ()V    ALOAD 0    LDC "library_aar_class_one_field_one"    PUTFIELD com/example/libraryaar1/LibraryAarClassOne.fieldOne : Ljava/lang/String;    RETURN    MAXSTACK = 2    MAXLOCALS = 1
  // access flags 0x9  public static test()V    LDC "LibraryAarClassOne"    LDC "just test"    INVOKESTATIC android/util/Log.e (Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;)I    POP    RETURN    MAXSTACK = 2    MAXLOCALS = 0}

有了以上几项辅助分析工具作为基础，接下来逐一对各项腐化治理实践进行讲解。

2.1 代码使用检测

当 app 功能越来越复杂时，想要统一对某个基础能力的正确使用，会变得十分困难，腐化由此变得一发不可收拾。在优酷中就遇到了不少这类问题，迫切需要一种有效的方式，拦截不规范的代码使用。

为此，开发了基于规则的，代码间静态引用检测。以线程为例，假设我们规定所有对线程的使用，必须统一到指定线程池实现，那么我们就需要禁止所有其它的线程使用方式：'new java.lang.Thread', 'new java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor', 'new java.util.concurrent.Executors', 'new java.util.Timer', 'new android.os.AsyncTask']，示例检测结果，列出了哪些模块中的哪些类，存在对上述代码的使用：

com.youku.arch:Hd:2.8.15|-- com.youku.arch.hd.HChk$2 [method@android.os.AsyncTask|<init>, method@java.util.concurrent.Executors|<init>]
project:library-aar-1:1.0|-- com.example.libraryaar1.desugar.LambdaUsage [method@java.lang.Thread|<init>]

自定义检测，支持以下四种元规则：

• 类: <class_full_name>。例如 java.lang.Thread；

• 方法: method@<class_full_name>|<method_name>。例如 method@android.location.Location|getLongitude；

• 变量: field@<class_full_name>|<field_name>。例如 field@com.onepiece.demo.Util|fieldOne；

• 字符常量: cst_string@<string>。例如 cst_string@i am string。

上述四种元规则，可以进行“逻辑与”组合，形成复合规则：在同一个方法体内，这些元规则必须都命中，这条规则才算命中。例如：method@java.lang.Class|forName&cst_string@com.android.internal.R$dimen&cst_string@status_bar_height，可以用来检测反射获取 status_bar 高度的代码：

public class CodeUsage {
    public static void getStatusBarHeight(Context context) {        try {            Class<?> c = Class.forName("com.android.internal.R$dimen");            Object obj = c.newInstance();            Field field = c.getField("status_bar_height");            int x = Integer.parseInt(field.get(obj).toString());            context.getResources().getDimensionPixelSize(x);        } catch (Exception e) {            Log.d("ViewUtils", "get status bar height fail");            e.printStackTrace();        }    }}

与此同时，提供白名单配置，暂时排除一些二、三方库。更进一步，提供选项，当检测结果不通过时，终止构建过程，形成卡口机制。目前，优酷将这个检测能力，应用到了三个具体场景，下面逐一道来。

线程管控

对线程的使用，非常容易“失控”：线程数过多，增加 os 线程调度耗时，以及内存占用；创建不销毁，长时间占用等情况，定位排查困难；某些厂商定制 os 对线程数有限制，超限后再创建线程，会直接抛出 OOM 异常。

诸如此类问题，都需要收敛到统一的线程池实现解决，但是如何能够做到这种收敛，前述的「代码使用检测」能力，正好可以发挥作用。通过配置所有可能的非统一线程池调用规则，进行检测和拦截，有效实现了对线程使用的管控：

优酷 2021 年 1 月，上线此线程管控卡口。对于存量问题类，降低了 1/8 左右，后续会持续对自研代码进行清理，二、三方 SDK 则通过线程池注入的方式完成收敛。对于新增非统一线程池使用，累计拦截 19 次，防控效果明显。

在实际效果上，线程数超限导致的 Java 崩溃，已经大幅减少，从此“淡出”top crash 行列。此外，收敛到的自研统一线程池，包含详细的各阶段耗时统计，线程不销毁和长时间占用等问题，都能够得到有效监控、定位和解决。

敏感 API 管控

当前隐私合规监管态势，日趋严格，敏感权限、以及敏感信息获取，是其中两个非常重点的监管项。在代码层面，对相关信息获取涉及到的 API 调用，进行统一收口管控，是一种非常有效的手段。

权限声明的治理和管控，在「向工程腐化开炮 | manifest治理」一文中，已经给出了解决方案。对于敏感信息获取，如何能够实现以上运行时的整体收口管控呢？同样，基于「代码使用检测」能力，通过对所有系统敏感信息对应的 API，配置为检测规则，将这些调用收敛到统一封装的 SDK 中。

优酷 2021 年 6 月，上线敏感 API 管控卡口，随着监管力度加强，检测规则也从 10 几条增长到现在近 50 条，目前已趋于稳定。对存量敏感 API 调用，随着历次合规整改，也进行了大量的收敛改造；对新增问题，累计拦截 11 次，有效保障敏感信息获取的可控性，避免遭遇监管“回头看”式的抽查问责风险。

Phenix 图片库管控

Phenix 图片库是阿里集团内的图片加载中间件，提供了优秀的性能体验，以及丰富的功能。优酷很早就基于 Phenix 非管道模式进行了上层扩展，支持对 url 形式图片进行 webp 转换、尺寸自适应裁剪等处理，提高客户端图片加载性能，降低内存占用，同时也降低服务端成本。在 2017 年加载图片的 webp 占比一度达到 68%，而 2021 年 webp 占比降低至 24%，其中新增 284 个以管道方式加载图片的 java 类，是 webp 占比降低的重要因素。

为此，同样利用「代码使用检测」能力，对 Phenix 管道模式使用进行限制，以充分发挥非管道模式的优势。对于直接使用管道模式的存量代码，已经完成全面排查，并发起整改治理。对应卡口于 21 年 11 月底刚上线，用于有效拦截 Phenix 图片库的不合理使用。

2.2 不兼容引用

相信 Android 开发同学，对运行时 NoClassDefFoundError、NoSuchMethodError、NoSuchFieldError 并不陌生，这几类 Java 异常，正是由于不兼容的代码引用导致。前文「由源码到 apk」一节，已经讲到了发生不兼容引用原因：jar 包中提前编译好的 jvm 字节码，不会再进行源码编译期各项检查，容易出现代码间引用关系不匹配情况。下面我们来看看这个不兼容引用，到底是怎么发生的：

在上图示例中，模块 B 工程首先编译并发布 1.0 版本到 maven 中。然后模块 A 工程中以外部依赖形式，声明对模块 B 的引用，A 类调用 B 类中的 b 方法，编译并发布 1.0 版本到 maven 仓库。此时 apk1 以外部依赖形式引入模块 A 和 B，打包为 apk1 后，一切正常。此后，模块 B 将 B 类改名为 C，然后发布 2.0 版本到 maven，apk 更新模块 B 版本号到 2.0，打包为 apk2 后，不兼容引用问题发生：类 B 在 apk 中并不存在，运行时必定导致 NoClassDefFoundError。

总结一下，不兼容引用，是指代码中调用了不存在（不匹配）的变量/方法，会导致运行时产生异常。有以下几种典型情况：

• 被调用类不存在；

• 被调用类的变量不存在，或者变量签名不匹配；

• 被调用类的方法不存在，或者方法签名不匹配。

对此，开发了针对性的检测能力。来看一份示例结果：

# 解释：oh模块，FileUtil类copyFile方法中，调用的com.alibaba.fastjson.util.IOUtils->close，对应class不存在。一旦执行到，必定会抛出NoClassDefFoundError异常。com.youku.android:oh:0.3.35.34|-- com.youku.arch.util.FileUtil|   |-- copyFile : (Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;)V|   |   |-- [class-no-module] com.alibaba.fastjson.util.IOUtils->close : (Ljava/io/Closeable;)V
# 解释：AFManager模块，AFManagerImpl类aFCheck方法中，调用的msdk.ApiLockHelper->lock，class存在但是无此方法定义（无安全没有这个方法，或者方法签名不对）。一旦执行到，必定会抛出NoSuchMethodError异常。com.youku.android:AFManager:1.0.1|-- com.youku.android.af.AFManagerImpl|   |-- aFCheck : (Ljava/lang/String;Landroid/content/Context;ILjava/util/Map;)Z|   |   |-- msdk.ApiLockHelper->lock : (Ljava/lang/String;J)V (com.youku.android:msdk:1.0)

优酷于 21 年 6 月上线此卡口，新增防控情况如下：

存量问题，进行了定向到团队的分发，有一小部分得到了及时清理，为了避免对各业务团队日常研发活动，产生较大影响，添加到了白名单，待后续适当时机再发起清理。新增问题实现 100%全拦截，线上未发生代码变更导致的此类 crash 或业务异常。

2.3 同名类

同名类，是指类名（全限定名）相同的类。如果两个类，仅存在大小写不同，那么在大小写不敏感的文件存储系统中（macos 默认就是），会被认为是同一个类，这会导致无法编译通过。在优酷历次迭代中，就发生过这样一个案例：一个二方模块工程的混淆配置问题，导致 jar 包中出现不同类，仅存在大小写不同，在打包平台（Linux）中可以成功构建，并进入集成，直接导致开发同学无法在本地 macos 机器中进行打包，影响了研发效率，两个版本（1 个月）后得到修复。

对于这个问题，开发了同名类检测能力，无论在 Linux 还是 macos 中，均可以一致的检测出同名类：

com.ali.sty.ridentity.build.va|-- com.ali.sty.ridentity.build.Va : com.ali.sty.ridentity:rpsdk:4.8.5|-- com.ali.sty.ridentity.build.va : com.ali.sty.ridentity:rpsdk:4.8.5
com.ali.sty.ridentity.build.vb|-- com.ali.sty.ridentity.build.Vb : com.ali.sty.ridentity:rpsdk:4.8.5|-- com.ali.sty.ridentity.build.vb : com.ali.sty.ridentity:rpsdk:4.8.5

这项检测能力，同样提供了选项，当检测结果不通过时，终止构建过程，用于形成卡口。优酷于 21 年 7 月上线对应卡口，至今未出现新增。

2.4 硬编码文本

隐私合规检测机构，会检测 apk 中的一些敏感文本，做为隐私合规问题的重点怀疑 &验证点，例如「发票抬头」、「身份证」等。其中一部分就是来自于 java 代码中的硬编码文本（另外可能的来源是资源、so）。硬编码文本，存在以下缺点：

• 易冗余。多处代码使用同一文本时，如果最终不在同一个 dex，会导致不同 dex 常量池中存在多份此文本；

• 不灵活。当线上版本出现问题时（例如各类运营活动），难以动态修改；

• 低安全。一些敏感信息，如果以明文硬编码文本形式存在，非常容易被获取后，用于不正当用于。

对于这类问题，开发了对应检测能力，可以自定义正则表达式，对代码中的硬编码文本（字节码指令中的字符串常量）进行匹配。检测结果中，按照模块、类进行逐级聚合。以所有中文字符检测为例：

# 示例代码（部分）:public class TestCodeB {
    public static void methodA(Context context) {        Toast.makeText(context, "I'am english text hardcoded with java code2.", Toast.LENGTH_SHORT)            .show();    }
    public void methodB(Context context) {        Toast.makeText(context, "我是java代码中硬编码的中文文本3.", Toast.LENGTH_SHORT).show();    }}
# 示例检测结果:project:app:1.0|-- com.example.myapplication.proguard.TestProguardClass|   |-- [text] 我是java代码中硬编码的中文文本.|-- com.example.myapplication.code.TestCodeB|   |-- [text] 我是java代码中硬编码的中文文本3.|-- com.example.myapplication.code.TestCodeA|   |-- [text] 我是java代码中硬编码的中文文本1.|   |-- [text] 我是java代码中硬编码的中文文本2.

目前在优酷，隐私合规相关的一些敏感文本，是一个正在进行的探索方向，由于目前没有明确规则，因此还没有实际落地使用。不过，在日常研发过程，对于需要查找特定硬编码文本的场景，已经能够起到很好的辅助提效作用。

2.5 非法 java 资源

如第一章「java 资源」小节所述，java 资源可以“伪装”为 dex、Android 资源、动态链接库 so，一旦发生同名覆盖，会引发非预期的运行时异常。即使不发生覆盖，也会给相关元素在构建过程的处理，以及 app 运行时问题定位和排查，带来不必要麻烦。

针对这种非法 java 资源，开发了相应检测能力，可以自定义非法 java 资源规则，与规则匹配的 java 资源会被检测出来。以下示例，配置了 dex、android 资源（res/assets）、动态链接库 so，规则集合为：['^lib/.+', '^res/.+', '^assets/.+', '^classes\d*\.dex']，示例内容如下：

* project:library-aar-1:1.0|-- [ignored] classes20.dex|   |-- [hitRule] ^classes\d*.dex|-- res/drawable/fake_drawable.png|   |-- [hitRule] ^res/.+|-- assets/java_resource_under_assets.xml|   |-- [hitRule] ^assets/.+|-- lib/arm64-v8a/libdwebp.so|   |-- [hitRule] ^lib/.+
.....

与此同时，提供白名单配置，排除一些特殊非法 java 资源的影响。更近一步，提供选项，当检测结果不通过时，终止构建过程，形成卡口机制。以上也是当前优酷在使用的规则，各 app 在实践中可以根据实际情况，进行自由定制。

优酷这边的存量非法 java 资源，包含了两个 flutter 的 so，以及三方 sdk 引入的 assets，整改工作量不大，后续会择机进行。对于前者，在 AndroidGradlePlugin7.0 及以上会直接忽略，有了这个检测结果，就可以提前整改，为 AGP 升级到 7.0 扫清障碍。非法 java 资源卡口，接下来很快会在优酷上线，保障后续无新增。这个例子，体现出对工程腐化问题的治理，既要面向当下，严防死守，也要防范于未然，主动出击。

2.6 治理全景

至此，对于 java 代码，进行了较全面有效的防腐化能力建设和治理。最后，给出一份全景图：

还能做些什么

相对于其它类型元素，java 代码是大部分 Android 开发同学，最主要的创作产出。基于代码使用检测能力，对各种基础功能，进行统一的管控治理，除了本文讲到的这三项，还有更多的场景可以挖掘。例如，使用原生 SharedPreferences，进行 kv 存储，不支持主线程，容易造成 anr，可以统计迁移到更好的实现库。类似这样的场景，我们还会持续的进行探索。

与工程腐化的对抗，路漫修远，道阻且长，与诸君共勉。

【参考文档】

• 【google】使用 Java 8 语言功能和 API：https://developer.android.com/studio/write/java8-support

• 【jakewharton】Android's Java 8 Support：https://jakewharton.com/androids-java-8-support/

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