Android 直接通过 app_process 启动的应用如何使用 Context

文章目录

一、问题背景
二、代码实现
三、代码详解

一、问题背景

在 Android 中，可以使用 Android Studio 编写 Java 应用程序，通过编译打包成 apk 文件，然后将文件推送至 /data/local/tmp 等可执行的目录或安装打包出来的应用，随后使用 app_process 命令即可运行此 Java 程序，命令格式如下：

shell 复制代码

app_process -Djava.class.path=${apk路径} /system/bin 主类的全限定名

例如如下：

在 Android Studio 中编写一个 Hello World 程序：

kotlin 复制代码

package com.teleostnacl

object HelloWorld {
    @JvmStatic
    fun main(args: Array<String>) {
        println("Hello World!!!")
    }
}

编译完成之后，推送至 /data/local/tmp，随后使用命令执行 app_process -Djava.class.path="/data/local/tmp/HelloWorld.apk" /system/bin com.teleostnacl.HelloWorld

可以看到其可以正常执行 Java 代码并输出 Hello World!!!

这个方式启动的 Java 程序将集成 shell 的 用户组 和 用户，可以执行高权限的命令，实现应用的提权，流行于各种工具箱中。但是由于这样启动的 Java 程序是没有Application Activity 和其它四大组件的，无法直接拿到 Context，而对于很多 Android API 来说都需要用到 Context 的。那么有没有办法去拿到一个 Context 呢？本文将介绍一种可以在通过 app_process 命令启动的 Java 程序中获取到 Context 的方式。

二、代码实现

先直接上代码，看如何在代码中构造一个 Context

kotlin 复制代码

val context: Context? by lazy {
    try {
        Looper.prepareMainLooper()

        // ActivityThread activityThread = new ActivityThread();
        val activityThreadCls = Class.forName("android.app.ActivityThread")
        val activityThreadConstructor: Constructor<*> = activityThreadCls.getDeclaredConstructor()
        activityThreadConstructor.isAccessible = true
        val activityThread = activityThreadConstructor.newInstance()
        
        val getSystemContextMethod = activityThreadCls.getDeclaredMethod("getSystemContext")
        getSystemContextMethod.invoke(activityThread) as Context
    } catch (e: Exception) {
        e.printStackTrace()
        null
    }
}

参考：scrcpy 的 Workarounds.java

此方法的原理是通过 ActivityThread.getSystemContext() 来构造获取 Context，但是由于 ActivityThread 的构造方法和 getSystemContext() 方法都是被打上了 @UnsupportedAppUsage 注解的，外部无非直接调用，因此需要通过反射来构造。

三、代码详解

我们可以通过分析 Android App 的启动流程来了解到 Context 被构造出来的过程。

我们知道 Android App 是基于 Java 编写的一种特殊的程序，其跟 Java 程序一样，需要通过 main 方法来作为应用程序的唯一入口。在 APP 启动时，会先通过 AMS 请求启动应用，通过 Zygote 使用 fork() 方法复制自身，创建新的应用进程，此时会加载 Android Runtime (ART) 进行加载 Java 虚拟机和核心库，再调用 ActivityThread 的 main() 方法，这就是应用进程的入口点。

我们来看一下 ActivityThread 的 main() 实际的实现：

java 复制代码

public static void main(String[] args) {
    Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "ActivityThreadMain");

    // Install selective syscall interception
    AndroidOs.install();

    // CloseGuard defaults to true and can be quite spammy.  We
    // disable it here, but selectively enable it later (via
    // StrictMode) on debug builds, but using DropBox, not logs.
    CloseGuard.setEnabled(false);

    Environment.initForCurrentUser();

    // Make sure TrustedCertificateStore looks in the right place for CA certificates
    final File configDir = Environment.getUserConfigDirectory(UserHandle.myUserId());
    TrustedCertificateStore.setDefaultUserDirectory(configDir);

    // Call per-process mainline module initialization.
    initializeMainlineModules();

    Process.setArgV0("<pre-initialized>");

    Looper.prepareMainLooper();

    // Find the value for {@link #PROC_START_SEQ_IDENT} if provided on the command line.
    // It will be in the format "seq=114"
    long startSeq = 0;
    if (args != null) {
        for (int i = args.length - 1; i >= 0; --i) {
            if (args[i] != null && args[i].startsWith(PROC_START_SEQ_IDENT)) {
                startSeq = Long.parseLong(
                        args[i].substring(PROC_START_SEQ_IDENT.length()));
            }
        }
    }
    ActivityThread thread = new ActivityThread();
    thread.attach(false, startSeq);

    if (sMainThreadHandler == null) {
        sMainThreadHandler = thread.getHandler();
    }

    if (false) {
        Looper.myLooper().setMessageLogging(new
                LogPrinter(Log.DEBUG, "ActivityThread"));
    }

    // End of event ActivityThreadMain.
    Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);
    Looper.loop();

    throw new RuntimeException("Main thread loop unexpectedly exited");
}

在这段代码中，前几行都是为了初始化相关的模块，以便后续在 Android 应用中可以正常使用相关的功能，随后调用 Looper.prepareMainLooper(); 将主线程的 Looper 给准备好，随后

java 复制代码

    ActivityThread thread = new ActivityThread();
    thread.attach(false, startSeq);

构建了一个 ActivityThread，并调用 attach 方法将其绑定。最后调用 Looper.loop(); 开始循环处理主线程的消息。

我们再来看 attach 方法：

这个方法中的逻辑较多，核心的就是给 sCurrentActivityThread 和 mSystemThread 进行赋值，并将ApplicationThread attach 到 AMS 中，向 AMS 注册应用进程。最后添加与 View 有关的配置修改的回调。

我们再看与 Context 有关的逻辑：

java 复制代码

@UnsupportedAppUsage
ActivityThread() {
    mResourcesManager = ResourcesManager.getInstance();
}

@Override
@UnsupportedAppUsage
public ContextImpl getSystemContext() {
    synchronized (this) {
        if (mSystemContext == null) {
            mSystemContext = ContextImpl.createSystemContext(this);
        }
        return mSystemContext;
    }
}

可以看到 getSystemContext() 就是一个获取 Context 的关键方法，而在其内部调用 ContextImpl.createSystemContext(); 方法，并传递了一个 ActivityThread 的实例。
ActivityThread 的构造方法和 getSystemContext() 方法都是被打上了 @UnsupportedAppUsage 注解的，且构造方法是使用 default 的限定符，外部无法直接实例化。而 ActivityThread 的类被打上了@hide标记，整个类对于外部来说都无法使用。

因此在构造 Context 的时候，需要通过 val activityThreadCls = Class.forName("android.app.ActivityThread") 来获取到类对象，再改变构造方法的可访问性来实例化 ActivityThread 对象

kotlin 复制代码

val activityThreadConstructor: Constructor<*> = activityThreadCls.getDeclaredConstructor()
activityThreadConstructor.isAccessible = true
val activityThread = activityThreadConstructor.newInstance()

再然后反射调用 getSystemContext() 方法

kotlin 复制代码

val getSystemContextMethod = activityThreadCls.getDeclaredMethod("getSystemContext")
getSystemContextMethod.invoke(activityThread) as Context

直接这样构造出来之后，在使用上可能会因为缺少相关的初始化而不能使用，可以参考 scrcpy 的 Workarounds.java 将 ActivityThread.sCurrentActivityThread 和 activityThread.mSystemThread 都赋值：

kotlin 复制代码

// ActivityThread.sCurrentActivityThread = activityThread;
val sCurrentActivityThreadField = activityThreadCls.getDeclaredField("sCurrentActivityThread")
sCurrentActivityThreadField.isAccessible = true
sCurrentActivityThreadField.set(null, activityThread)

// activityThread.mSystemThread = true;
val mSystemThreadField = activityThreadCls.getDeclaredField("mSystemThread")
mSystemThreadField.isAccessible = true
mSystemThreadField.setBoolean(activityThread, true)