CN107038103A - 基于字节码插桩的Android程序监控***及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于字节码插桩的Android程序监控***，包括：基于字节码分析的Android程序dex文件注入模块，向Android应用程序中注入Android程序监控dex文件；Android程序监控模块，存放Android程序监控dex文件；监控日志分析模块，提取和分析Android设备监控日志。同时提供了一种基于字节码插桩的Android程序监控方法，通过插桩方式，在Android应用程序注入Android程序监控dex文件，通过Android程序监控dex文件生成监控日志。通过分析监控日志，得到多个维度的监控分析报表。本发明在不修改程序源代码的情况下收集监控信息。

Description

基于字节码插桩的Android程序监控***及方法

技术领域

本发明涉及Android***和程序分析领域。具体地，涉及一种基于字节码插桩技术的Android程序监控***及方法。

背景技术

随着Android***设备数量的增加，Android应用程序覆盖到的用户数量越来越大，分析Android应用程序的性能瓶颈，潜在问题，能够提高Android应用程序的用户体验，定量化的进行Android程序监控和Android程序分析的需求越来越迫切。通常进行运行监控和动态分析，需要开发者在应用程序的源代码中***监控代码，人工或使用程序对监控日志进行分析，得到程序的性能问题。

然而，在开发者真实操作Android程序监控的过程中，需要在程序的源代码中进行如下操作：

首先，在项目的依赖中，添加程序监控库。

然后，在需要监控的功能点中，***监控入口代码，通常称为“埋点”。

其次，也许要注册添加监控程序需要的，原本的程序不包含的额外权限。

最后，对监控日志进行人工或者自动化的分析，得到结果。

除此之外，当程序业务逻辑增加或变更的时候，需要修改或再人工***监控代码。

上述五点让Android程序监控并不能很方便的实现，监控程序和分析程序也缺少可复用性。

目前没有发现同本发明类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。

发明内容

针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的是提供一种基于字节码插桩的Android程序监控***及方法，该***及方法通过字节码插桩技术，从外部为Android应用程序添加多种程序性能、程序正确性的监控模块，使得应用程序开发者能够根据监控模块得到的数据，提高Android应用程序的性能和健壮性。

本发明是通过以下技术方案实现的。

根据本发明的一个方面，提供了一种基于字节码插桩的Android程序监控***，包括：

-基于字节码分析的Android程序dex文件注入模块，用于向Android应用程序中注入Android程序监控dex文件；

-Android程序监控模块，用于存放Android程序监控dex文件。

优选地，该监控***还包括：

-监控日志分析模块，用于提取和分析通过Android程序监控dex文件生成的Android设备监控日志。

优选地，所述Android程序监控dex文件包括如下任一个或任多个监控信息：

-Android应用程序崩溃信息；

-Android应用程序未响应信息；

-Android应用程序内存不足信息；

-HTTP请求及请求响应内容和响应时长信息；

-网络请求的总流量统计和具体耗费流量API细分信息；

-图片加载API耗时时间信息；

-CPU使用率和堆内存使用大小信息。

根据本发明的另一个方面，提供了一种基于字节码插桩的Android程序监控方法，包括如下步骤：

通过插桩的方式，在Android应用程序的文件注入入口注入Android程序监控dex文件，并通过Android程序监控dex文件生成Android设备的监控日志。

优选地，具体包括如下子步骤：

-分析步骤：

步骤S1.1:将Android应用程序的apk文件解包，生成若干Android应用程序的程序逻辑dex文件；

步骤S1.2:使用Android程序dex文件注入模块，分析程序逻辑dex文件的文件格式，得到程序逻辑dex文件需要注入Android程序监控dex文件的入口，即Android应用程序的文件注入入口；

步骤S1.3:插桩：使用Android程序dex文件注入模块，将Android程序监控dex文件注入到相应的Android应用程序的文件注入入口；

步骤S1.4:将被注入的Android程序监控dex文件和程序逻辑dex文件重新打包，得到插桩过的Android应用程序；

步骤S1.5：将插桩过的Android应用程序安装在Android设备中，在Android应用程序运行时，注入的Android程序监控dex文件生成多个维度的监控日志，以日志文件形式存储在Android设备中。

优选地，所述步骤S1.1中，apk文件格式与标准zip压缩包格式相同，通过使用任意zip解包工具进行解包。

优选地，所述步骤S1.5中，在生成监控日志前，还包括如下步骤：

对插桩过的Android应用程序进行人工测试或者自动化测试。

优选地，该监控方法还包括如下子步骤：

-分析步骤：

S2.1:使用监控日志分析模块，将若干Android设备的监控日志取出；

S2.2:使用监控日志分析模块，分析取出的监控日志，得到监控分析结果报表。

优选地，所述步骤S2.2中，还包括如下步骤：

通过监控分析结果对Android应用程序进行优化。

优选地，所述插桩的方式，采用如下任意一种方法：

方法一，将Android程序监控dex文件的dex字节码注入到Android应用程序文件注入入口处的指定函数的开头或者结尾；

方法二，将Android应用程序文件注入入口处的指定函数a的调用代码修改为Android程序监控dex文件中用来替代该指定函数a调用代码的函数b。

本发明提供了一种基于字节码插桩的Android程序监控***及方法，该***及方法是一种通用的Android应用程序监控方案，通过使用该***及方法，能够大幅度减少开发人员对Android程序监控的工作开销，通过字节码插桩技术，还能抓取到通过“埋点”方法无法抓去的程序性能、正确性信息，进行更深层次的程序分析。除此之外，本发明还提供了监控日志分析模块，自动化根据监控日志生成Android应用程序的潜在问题。通过本发明提供的基于字节码插桩的Android程序监控***及方法，开发者能够不用修改程序的任何源代码，无缝将该套工具集成进入测试流程，根据分析结果得到潜在问题。

本发明可以做到在不修改程序源代码的情况下收集到以上信息，且不限于以上信息。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明方法流程示意图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

实施例

本实施例提供了一种基于字节码插桩的Android程序监控***，包括：

-基于字节码分析的Android程序dex文件注入模块，用于向Android应用程序中注入Android程序监控dex文件；

-Android程序监控模块，用于存放Android程序监控dex文件。

进一步地，该监控***还包括：

-监控日志分析模块，用于提取和分析通过Android程序监控dex文件生成的Android设备监控日志。

进一步地，所述Android程序监控dex文件包括如下任一个或任多个监控信息：

-Android应用程序崩溃信息；

-Android应用程序未响应信息；

-Android应用程序内存不足信息；

-HTTP请求及请求响应内容和响应时长信息；

-网络请求的总流量统计和具体耗费流量API细分信息；

-图片加载API耗时时间信息；

-CPU使用率和堆内存使用大小信息。

本实施例基于字节码插桩的Android程序监控***，其监控方法，包括如下步骤：

通过插桩的方式，在Android应用程序的文件注入入口注入Android程序监控dex文件，并通过Android程序监控dex文件生成Android设备的监控日志。

进一步地，具体包括如下子步骤：

-分析步骤：

步骤S1.1:将Android应用程序的apk文件解包，生成若干Android应用程序的程序逻辑dex文件。

步骤S1.2:使用Android程序dex文件注入模块，分析程序逻辑dex文件的文件格式，得到程序逻辑dex文件需要注入Android程序监控dex文件的入口(Android应用程序的文件注入入口)。

步骤S1.3:插桩：使用Android程序dex文件注入模块，将Android程序监控dex文件注入到相应的Android应用程序的文件注入入口。

具体注入方法有两种：一是注入dex字节码到被注入dex文件具体某个函数的开头或者结尾，这样才能保证不会破坏原dex文件的正常结构；二是修改被注入的dex文件具体某个函数的调用代码为注入的dex文件的具体某个函数，类似于重定向技术。

要保证Android应用程序的程序逻辑dex文件在插桩后依然能够运行，就不能破坏其格式，因此具体的Android程序监控dex文件插桩方法对本实施例的实施非常关键。

本实施例的具体插桩方法有两种：

一是插桩dex字节码，将Android程序监控dex文件的dex字节码注入到待插桩dex文件(Android应用程序文件注入入口处)具体某个函数(指定函数)的开头或者结尾，这样保证不会破坏原dex文件的正常结构；

二是修改待插桩的dex文件具体某个函数a的调用代码，将待插桩的dex文件(Android应用程序文件注入入口处)的某个函数a(指定函数a)的调用代码修改为插桩的dex文件(Android程序监控dex文件)中的某个用来替代原函数a调用代码的函数b，类似于重定向技术。

在上述插桩方法中，对于待插桩dex文件的具体某个函数(指定函数)的确定，通常采用如下方式：

第A步：使用反编译工具(例如smali，Android领域内的知名反编译工具)反编译待插桩dex文件。

第B步：使用Android程序dex文件注入模块，读取Android程序监控dex文件(监控程序)，Android程序监控dex文件(监控程序)中指定了具体要***桩的库和函数(即指定函数)。

第C步：从反编译的待插桩dex文件中，匹配Android程序监控dex文件(监控程序)指定的要***桩的函数(指定函数)，得到文件注入入口。

步骤S1.4:将被注入的Android程序监控dex文件和程序逻辑dex文件重新打包，得到插桩过的Android应用程序。

步骤S1.5：将插桩过的Android应用程序安装在Android设备中，在Android应用程序运行时，注入的Android程序监控dex文件生成多个维度的监控日志，，并以日志文件形式存储在Android设备中。

通过分析监控日志，得到Android程序多个维度的监控分析报表。

进一步地，所述步骤S1.1中，apk文件格式与标准zip压缩包格式相同，通过使用任意zip解包工具进行解包。

进一步地，所述步骤S1.5中，在生成监控日志前，还包括如下步骤：

对插桩过的Android应用程序进行人工测试或者自动化测试。

进一步地，该监控方法还包括如下子步骤：

-分析步骤：

S2.1:使用监控日志分析模块，将若干Android设备的监控日志取出；

S2.2:使用监控日志分析模块，分析取出的监控日志，得到监控分析结果报表。

优选地，所述步骤S2.2中，还包括如下步骤：

通过监控分析结果对Android应用程序进行优化。

在本实施例中：

分析程序逻辑dex文件的文件格式，使用smali工具将dex文件进行反编译。

Android程序监控dex文件通过调用Android***API并写入文件，生成Android设备的监控日志。

下面结合附图对本实施例进一步描述。

本实施例提供的基于字节码插桩的Android程序监控***，通过各模块提供如下工具：

基于字节码分析的Android程序dex文件注入模块，提供了基于字节码分析的Android程序dex文件注入工具。

Android程序监控模块，用于存放被注入的Android程序监控程序(即，Android程序监控dex文件)。

监控日志分析模块，提供了监控日志分析工具。

如图1所示，本实施例提供的的基于字节码插桩的Android程序监控方法，主要包括两个步骤，注入步骤和分析步骤。

其中注入步骤的具体执行步骤如下：

步骤S1.1:将Android应用程序的apk文件解包，该apk文件格式与标准的zip压缩包格式相同，使用任意zip解包工具即可解包；生成若干Android应用程序的程序逻辑dex文件；

步骤S1.2:解包后有若干Android应用程序的程序逻辑代码，以dex文件格式的形式存在，通常称为“字节码”(即，程序逻辑dex文件)，使用Android程序dex文件注入工具(即，Android程序dex文件注入模块)，分析程序逻辑dex文件的文件格式，得到需要注入Android程序监控dex文件的入口；

步骤S1.3:使用Android程序dex文件注入工具(即，Android程序dex文件注入模块)，将Android程序监控dex文件注入到相应的入口，这一步称为插桩；

步骤S1.4:将被注入的Android程序监控dex文件和其他解包文件(程序逻辑dex文件)重新打包，得到插桩过的Android应用程序；

步骤S1.5:使用者将插桩过的Android应用程序安装到Android设备上，进行人工测试或者自动化测试，注入的监控程序(即，Android程序监控dex文件)会将监控日志写入到Android设备文件中。

分析步骤的具体执行步骤如下：

步骤S2.1:使用监控日志分析工具(即，监控日志分析模块)，将若干Android设备的监控日志取出；

步骤S2.2:使用监控日志分析工具(即，监控日志分析模块)，分析取出的监控日志，得到监控分析结果报表。

通过监控分析结果实现对Android应用程序的优化。

本实施例实现Android程序监控功能的核心是被注入的Android程序监控程序(即，Android程序监控dex文件)，具体包含的监控功能和监控信息都在该文件中实现，包括如下任意一项或任意多项：

Android应用程序崩溃的信息收集。

Android应用程序未响应(ANR)的信息收集。

Android应用程序内存不足的信息收集。

HTTP请求及请求响应内容和响应时长。

网络请求的总流量统计和具体耗费流量的API细分。

图片加载API耗时时间。

CPU使用率和堆内存使用大小。

通过本实施例的***及方法，可以做到在不修改程序源代码的情况下收集到以上信息，且不限于以上信息。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (10)

1.一种基于字节码插桩的Android程序监控***，其特征在于，包括：

-基于字节码分析的Android程序dex文件注入模块，用于向Android应用程序中注入Android程序监控dex文件；

-Android程序监控模块，用于存放Android程序监控dex文件。

2.根据权利要求1所述的基于字节码插桩的Android程序监控***，其特征在于，还包括：

-监控日志分析模块，用于提取和分析通过Android程序监控dex文件生成的Android设备监控日志。

3.根据权利要求1或2所述的基于字节码插桩的Android程序监控***，其特征在于，所述Android程序监控dex文件包括如下任一个或任多个监控信息：

-Android应用程序崩溃信息；

-Android应用程序未响应信息；

-Android应用程序内存不足信息；

-HTTP请求及请求响应内容和响应时长信息；

-网络请求的总流量统计和具体耗费流量API细分信息；

-图片加载API耗时时间信息；

-CPU使用率和堆内存使用大小信息。

4.一种基于字节码插桩的Android程序监控方法，其特征在于，包括如下步骤：

通过插桩的方式，在Android应用程序的文件注入入口注入Android程序监控dex文件，并通过Android程序监控dex文件生成Android设备的监控日志。

5.根据权利要求4所述的基于字节码插桩的Android程序监控方法，其特征在于，具体包括如下子步骤：

-分析步骤：

步骤S1.1:将Android应用程序的apk文件解包，生成若干Android应用程序的程序逻辑dex文件；

步骤S1.2:使用Android程序dex文件注入模块，分析程序逻辑dex文件的文件格式，得到程序逻辑dex文件需要注入Android程序监控dex文件的入口，即Android应用程序的文件注入入口；

步骤S1.3:插桩：使用Android程序dex文件注入模块，将Android程序监控dex文件注入到相应的Android应用程序的文件注入入口；

步骤S1.4:将被注入的Android程序监控dex文件和程序逻辑dex文件重新打包，得到插桩过的Android应用程序；

步骤S1.5：将插桩过的Android应用程序安装在Android设备中，在Android应用程序运行时，注入的Android程序监控dex文件生成多个维度的监控日志，以日志文件形式存储在Android设备中。

6.根据权利要求5所述的基于字节码插桩的Android程序监控方法，其特征在于，所述步骤S1.1中，apk文件格式与标准zip压缩包格式相同，通过使用任意zip解包工具进行解包。

7.根据权利要求5所述的基于字节码插桩的Android程序监控方法，其特征在于，所述步骤S1.5中，在生成监控日志前，还包括如下步骤：

对插桩过的Android应用程序进行人工测试或者自动化测试。

8.根据权利要求4所述的基于字节码插桩的Android程序监控方法，其特征在于，还包括如下子步骤：

-分析步骤：

S2.1:使用监控日志分析模块，将若干Android设备的监控日志取出；

S2.2:使用监控日志分析模块，分析取出的监控日志，得到监控分析结果报表。

9.根据权利要求8所述的基于字节码插桩的Android程序监控方法，其特征在于，所述步骤S2.2中，还包括如下步骤：

通过监控分析结果对Android应用程序进行优化。

10.根据权利要求4至9中任一项所述的基于字节码插桩的Android程序监控方法，其特征在于，所述插桩的方式，采用如下任意一种方法：

方法一，将Android程序监控dex文件的dex字节码注入到Android应用程序文件注入入口处的指定函数的开头或者结尾；

方法二，将Android应用程序文件注入入口处的指定函数a的调用代码修改为Android程序监控dex文件中用来替代该指定函数a调用代码的函数b。