Android插件化是怎樣的

本篇文章為大家展示了Android插件化是怎樣的，內(nèi)容簡(jiǎn)明扼要并且容易理解，絕對(duì)能使你眼前一亮，通過這篇文章的詳細(xì)介紹希望你能有所收獲。

一、認(rèn)識(shí)插件化

1.1 插件化起源

插件化技術(shù)最初源于免安裝運(yùn)行 Apk的想法，這個(gè)免安裝的 Apk 就可以理解為插件，而支持插件的 app 我們一般叫 宿主。

想必大家都知道，在 Android 系統(tǒng)中，應(yīng)用是以 Apk 的形式存在的，應(yīng)用都需要安裝才能使用。但實(shí)際上 Android 系統(tǒng)安裝應(yīng)用的方式相當(dāng)簡(jiǎn)單，其實(shí)就是把應(yīng)用 Apk 拷貝到系統(tǒng)不同的目錄下、然后把 so 解壓出來而已。

常見的應(yīng)用安裝目錄有：

• /system/app：系統(tǒng)應(yīng)用

• /system/priv-app：系統(tǒng)應(yīng)用

• /data/app：用戶應(yīng)用
  

那可能大家會(huì)想問，既然安裝這個(gè)過程如此簡(jiǎn)單，Android 是怎么運(yùn)行應(yīng)用中的代碼的呢，我們先看 Apk 的構(gòu)成，一個(gè)常見的 Apk 會(huì)包含如下幾個(gè)部分：

• classes.dex：Java 代碼字節(jié)碼

• res：資源文件

• lib：so 文件

• assets：靜態(tài)資產(chǎn)文件

• AndroidManifest.xml：清單文件
  

其實(shí) Android 系統(tǒng)在打開應(yīng)用之后，也只是開辟進(jìn)程，然后使用 ClassLoader 加載 classes.dex 至進(jìn)程中，執(zhí)行對(duì)應(yīng)的組件而已。

那大家可能會(huì)想一個(gè)問題，既然 Android 本身也是使用類似反射的形式加載代碼執(zhí)行，憑什么我們不能執(zhí)行一個(gè) Apk 中的代碼呢？

1.2 插件化優(yōu)點(diǎn)

插件化讓 Apk 中的代碼（主要是指 Android 組件）能夠免安裝運(yùn)行，這樣能夠帶來很多收益：

• 減少安裝Apk的體積、按需下載模塊

• 動(dòng)態(tài)更新插件

• 宿主和插件分開編譯，提升開發(fā)效率

• 解決方法數(shù)超過65535的問題
  

想象一下，你的應(yīng)用擁有 Native 應(yīng)用一般極高的性能，又能獲取諸如 Web 應(yīng)用一樣的收益。

嗯，理想很美好不是嘛？

1.3 與組件化的區(qū)別

• 組件化：是將一個(gè)App分成多個(gè)模塊，每個(gè)模塊都是一個(gè)組件（module），開發(fā)過程中可以讓這些組件相互依賴或獨(dú)立編譯、調(diào)試部分組件，但是這些組件最終會(huì)合并成一個(gè)完整的Apk去發(fā)布到應(yīng)用市場(chǎng)。

• 插件化：是將整個(gè)App拆分成很多模塊，每個(gè)模塊都是一個(gè)Apk（組件化的每個(gè)模塊是一個(gè)lib），最終打包的時(shí)候?qū)⑺拗鰽pk和插件Apk分開打包，只需發(fā)布宿主Apk到應(yīng)用市場(chǎng)，插件Apk通過動(dòng)態(tài)按需下發(fā)到宿主Apk。

二、插件化的技術(shù)難點(diǎn)

想讓插件的Apk真正運(yùn)行起來，首先要先能找到插件Apk的存放位置，然后我們要能解析加載Apk里面的代碼。

但是光能執(zhí)行Java代碼是沒有意義的，在Android系統(tǒng)中有四大組件是需要在系統(tǒng)中注冊(cè)的，具體來說是在 Android 系統(tǒng)的 ActivityManagerService (AMS) 和 PackageManagerService (PMS) 中注冊(cè)的，而四大組件的解析和啟動(dòng)都需要依賴 AMS 和 PMS，如何欺騙系統(tǒng)，讓他承認(rèn)一個(gè)未安裝的 Apk 中的組件，如何讓宿主動(dòng)態(tài)加載執(zhí)行插件Apk中 Android 組件（即 Activity、Service、BroadcastReceiver、ContentProvider、Fragment）等是插件化最大的難點(diǎn)。

另外，應(yīng)用資源引用（特指 R 中引用的資源，如 layout、values 等）也是一大問題，想象一下你在宿主進(jìn)程中使用反射加載了一個(gè)插件 Apk，代碼中的 R 對(duì)應(yīng)的 id 卻無法引用到正確的資源，會(huì)產(chǎn)生什么后果。

總結(jié)一下，其實(shí)做到插件化的要點(diǎn)就這幾個(gè)：

• 如何加載并執(zhí)行插件 Apk 中的代碼（ClassLoader Injection）

• 讓系統(tǒng)能調(diào)用插件 Apk 中的組件（Runtime Container）

• 正確識(shí)別插件 Apk 中的資源（Resource Injection）
  

當(dāng)然還有其他一些小問題，但可能不是所有場(chǎng)景下都會(huì)遇到，我們后面再單獨(dú)說。

三、ClassLoader Injection

ClassLoader 是插件化中必須要掌握的，因?yàn)槲覀冎?code>Android 應(yīng)用本身是基于魔改的 Java 虛擬機(jī)的，而由于插件是未安裝的 apk，系統(tǒng)不會(huì)處理其中的類，所以需要使用 ClassLoader 加載 Apk，然后反射里面的代碼。

3.1 java 中的 ClassLoader

• BootstrapClassLoader 負(fù)責(zé)加載 JVM 運(yùn)行時(shí)的核心類，比如 JAVA_HOME/lib/rt.jar 等等

• ExtensionClassLoader 負(fù)責(zé)加載 JVM 的擴(kuò)展類，比如 JAVA_HOME/lib/ext 下面的 jar 包

• AppClassLoader 負(fù)責(zé)加載 classpath 里的 jar 包和目錄

3.2 android 中的 ClassLoader

在Android系統(tǒng)中ClassLoader是用來加載dex文件的，有包含 dex 的 apk 文件以及 jar 文件，dex 文件是一種對(duì)class文件優(yōu)化的產(chǎn)物，在Android中應(yīng)用打包時(shí)會(huì)把所有class文件進(jìn)行合并、優(yōu)化（把不同的class文件重復(fù)的東西只保留一份），然后生成一個(gè)最終的class.dex文件

• PathClassLoader 用來加載系統(tǒng)類和應(yīng)用程序類，可以加載已經(jīng)安裝的 apk 目錄下的 dex 文件

public class PathClassLoader extends BaseDexClassLoader {
    public PathClassLoader(String dexPath, ClassLoader parent) {
        super(dexPath, null, null, parent);
    }

    public PathClassLoader(String dexPath, String libraryPath,
            ClassLoader parent) {
        super(dexPath, null, libraryPath, parent);
    }
}

• DexClassLoader 用來加載 dex 文件，可以從存儲(chǔ)空間加載 dex 文件。

public class DexClassLoader extends BaseDexClassLoader {
    public DexClassLoader(String dexPath, String optimizedDirectory,
            String libraryPath, ClassLoader parent) {
        super(dexPath, new File(optimizedDirectory), libraryPath, parent);
    }
}

我們?cè)诓寮幸话闶褂玫氖?DexClassLoader。

3.3 雙親委派機(jī)制

每一個(gè) ClassLoader 中都有一個(gè) parent 對(duì)象，代表的是父類加載器，在加載一個(gè)類的時(shí)候，會(huì)先使用父類加載器去加載，如果在父類加載器中沒有找到，自己再進(jìn)行加載，如果 parent 為空，那么就用系統(tǒng)類加載器來加載。通過這樣的機(jī)制可以保證系統(tǒng)類都是由系統(tǒng)類加載器加載的。 下面是 ClassLoader 的 loadClass 方法的具體實(shí)現(xiàn)。

protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
        throws ClassNotFoundException
    {
            // First, check if the class has already been loaded
            Class<?> c = findLoadedClass(name);
            if (c == null) {
                try {
                    if (parent != null) {
                        // 先從父類加載器中進(jìn)行加載
                        c = parent.loadClass(name, false);
                    } else {
                        c = findBootstrapClassOrNull(name);
                    }
                } catch (ClassNotFoundException e) {
                    // ClassNotFoundException thrown if class not found
                    // from the non-null parent class loader
                }

                if (c == null) {
                    // 沒有找到，再自己加載
                    c = findClass(name);
                }
            }
            return c;
    }

3.4 如何加載插件中的類

要加載插件中的類，我們首先要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè) DexClassLoader，先看下 DexClassLoader 的構(gòu)造函數(shù)需要哪些參數(shù)。

public class DexClassLoader extends BaseDexClassLoader {
    public DexClassLoader(String dexPath, String optimizedDirectory, String librarySearchPath, ClassLoader parent) {
        // ...
    }
}

構(gòu)造函數(shù)需要四個(gè)參數(shù)： dexPath 是需要加載的 dex / apk / jar 文件路徑 optimizedDirectory 是 dex 優(yōu)化后存放的位置，在 ART 上，會(huì)執(zhí)行 oat 對(duì) dex 進(jìn)行優(yōu)化，生成機(jī)器碼，這里就是存放優(yōu)化后的 odex 文件的位置 librarySearchPath 是 native 依賴的位置 parent 就是父類加載器，默認(rèn)會(huì)先從 parent 加載對(duì)應(yīng)的類

創(chuàng)建出 DexClassLaoder 實(shí)例以后，只要調(diào)用其 loadClass(className) 方法就可以加載插件中的類了。具體的實(shí)現(xiàn)在下面：

// 從 assets 中拿出插件 apk 放到內(nèi)部存儲(chǔ)空間
    private fun extractPlugin() {
        var inputStream = assets.open("plugin.apk")
        File(filesDir.absolutePath, "plugin.apk").writeBytes(inputStream.readBytes())
    }

    private fun init() {
        extractPlugin()
        pluginPath = File(filesDir.absolutePath, "plugin.apk").absolutePath
        nativeLibDir = File(filesDir, "pluginlib").absolutePath
        dexOutPath = File(filesDir, "dexout").absolutePath
        // 生成 DexClassLoader 用來加載插件類
        pluginClassLoader = DexClassLoader(pluginPath, dexOutPath, nativeLibDir, this::class.java.classLoader)
    }

3.5 執(zhí)行插件類的方法

通過反射來執(zhí)行類的方法

val loadClass = pluginClassLoader.loadClass(activityName)
loadClass.getMethod("test",null).invoke(loadClass)

我們稱這個(gè)過程叫做 ClassLoader 注入。完成注入后，所有來自宿主的類使用宿主的 ClassLoader 進(jìn)行加載，所有來自插件 Apk 的類使用插件 ClassLoader 進(jìn)行加載，而由于 ClassLoader 的雙親委派機(jī)制，實(shí)際上系統(tǒng)類會(huì)不受 ClassLoader 的類隔離機(jī)制所影響，這樣宿主 Apk 就可以在宿主進(jìn)程中使用來自于插件的組件類了。

四、Runtime Container

我們之前說到 Activity 插件化最大的難點(diǎn)是如何欺騙系統(tǒng)，讓他承認(rèn)一個(gè)未安裝的 Apk 中的組件。 因?yàn)椴寮莿?dòng)態(tài)加載的，所以插件的四大組件不可能注冊(cè)到宿主的 Manifest 文件中，而沒有在 Manifest 中注冊(cè)的四大組件是不能和系統(tǒng)直接進(jìn)行交互的。 如果直接把插件的 Activity 注冊(cè)到宿主 Manifest 里就失去了插件化的動(dòng)態(tài)特性，因?yàn)槊看尾寮行略?Activity 都要修改宿主 Manifest 并且重新打包，那就和直接寫在宿主中沒什么區(qū)別了。

4.1 為什么沒有注冊(cè)的 Activity 不能和系統(tǒng)交互

這里的不能直接交互的含義有兩個(gè)

• 系統(tǒng)會(huì)檢測(cè) Activity 是否注冊(cè) 如果我們啟動(dòng)一個(gè)沒有在 Manifest 中注冊(cè)的 Activity，會(huì)發(fā)現(xiàn)報(bào)如下 error：

android.content.ActivityNotFoundException: Unable to find explicit activity class {com.zyg.commontec/com.zyg.plugin.PluginActivity}; have you declared this activity in your AndroidManifest.xml?

這個(gè) log 在 Instrumentation 的 checkStartActivityResult 方法中可以看到：

public class Instrumentation {
    public static void checkStartActivityResult(int res, Object intent) {
        if (!ActivityManager.isStartResultFatalError(res)) {
            return;
        }

        switch (res) {
            case ActivityManager.START_INTENT_NOT_RESOLVED:
            case ActivityManager.START_CLASS_NOT_FOUND:
                if (intent instanceof Intent && ((Intent)intent).getComponent() != null)
                    throw new ActivityNotFoundException(
                            "Unable to find explicit activity class "
                            + ((Intent)intent).getComponent().toShortString()
                            + "; have you declared this activity in your AndroidManifest.xml?");
                throw new ActivityNotFoundException(
                        "No Activity found to handle " + intent);
                ...
        }
    }
}

• Activity 的生命周期無法被調(diào)用，其實(shí)一個(gè) Activity 主要的工作，都是在其生命周期方法中調(diào)用了，既然上一步系統(tǒng)檢測(cè)了 Manifest 注冊(cè)文件，啟動(dòng) Activity 被拒絕，那么其生命周期方法也肯定不會(huì)被調(diào)用了。從而插件 Activity 也就不能正常運(yùn)行了。

4.2 運(yùn)行時(shí)容器技術(shù)

由于Android中的組件（Activity，Service，BroadcastReceiver和ContentProvider）是由系統(tǒng)創(chuàng)建的，并且由系統(tǒng)管理生命周期。 僅僅構(gòu)造出這些類的實(shí)例是沒用的，還需要管理組件的生命周期。其中以Activity最為復(fù)雜，不同框架采用的方法也不盡相同。插件化如何支持組件生命周期的管理。 大致分為兩種方式：

• 運(yùn)行時(shí)容器技術(shù)（ProxyActivity代理）

• 預(yù)埋StubActivity，hook系統(tǒng)啟動(dòng)Activity的過程
  

我們的解決方案很簡(jiǎn)單，即運(yùn)行時(shí)容器技術(shù)，簡(jiǎn)單來說就是在宿主 Apk 中預(yù)埋一些空的 Android 組件，以 Activity 為例，我預(yù)置一個(gè) ContainerActivity extends Activity 在宿主中，并且在 AndroidManifest.xml 中注冊(cè)它。

它要做的事情很簡(jiǎn)單，就是幫助我們作為插件 Activity 的容器，它從 Intent 接受幾個(gè)參數(shù)，分別是插件的不同信息，如：

• pluginName


• pluginApkPath


• pluginActivityName
  

等，其實(shí)最重要的就是 pluginApkPath 和 pluginActivityName，當(dāng) ContainerActivity 啟動(dòng)時(shí)，我們就加載插件的 ClassLoader、Resource，并反射 pluginActivityName 對(duì)應(yīng)的 Activity 類。當(dāng)完成加載后，ContainerActivity 要做兩件事：

• 轉(zhuǎn)發(fā)所有來自系統(tǒng)的生命周期回調(diào)至插件 Activity

• 接受 Activity 方法的系統(tǒng)調(diào)用，并轉(zhuǎn)發(fā)回系統(tǒng)
  

我們可以通過復(fù)寫 ContainerActivity 的生命周期方法來完成第一步，而第二步我們需要定義一個(gè) PluginActivity，然后在編寫插件 Apk 中的 Activity 組件時(shí)，不再讓其集成 android.app.Activity，而是集成自我們的 PluginActivity。

public class ContainerActivity extends Activity {
    private PluginActivity pluginActivity;

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        String pluginActivityName = getIntent().getString("pluginActivityName", "");
        pluginActivity = PluginLoader.loadActivity(pluginActivityName, this);
        if (pluginActivity == null) {
            super.onCreate(savedInstanceState);
            return;
        }

        pluginActivity.onCreate();
    }

    @Override
    protected void onResume() {
        if (pluginActivity == null) {
            super.onResume();
            return;
        }
        pluginActivity.onResume();
    }

    @Override
    protected void onPause() {
        if (pluginActivity == null) {
            super.onPause();
            return;
        }
        pluginActivity.onPause();
    }

    // ...
}

public class PluginActivity {
    private ContainerActivity containerActivity;

    public PluginActivity(ContainerActivity containerActivity) {
        this.containerActivity = containerActivity;
    }

    @Override
    public <T extends View> T findViewById(int id) {
        return containerActivity.findViewById(id);
    }
    // ...
}

// 插件 `Apk` 中真正寫的組件
public class TestActivity extends PluginActivity {
    // ......
}

是不是感覺有點(diǎn)看懂了，雖然真正搞的時(shí)候還有很多小坑，但大概原理就是這么簡(jiǎn)單，啟動(dòng)插件組件需要依賴容器，容器負(fù)責(zé)加載插件組件并且完成雙向轉(zhuǎn)發(fā)，轉(zhuǎn)發(fā)來自系統(tǒng)的生命周期回調(diào)至插件組件，同時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)來自插件組件的系統(tǒng)調(diào)用至系統(tǒng)。

4.3 字節(jié)碼替換

該方式雖然能夠很好的實(shí)現(xiàn)啟動(dòng)插件Activity的目的，但是由于開發(fā)式侵入性很強(qiáng)，插件中的Activity必須繼承PluginActivity，如果想把之前的模塊改造成插件需要很多額外的工作。

class TestActivity extends Activity {}
->
class TestActivity extends PluginActivity {}

有沒有什么辦法能讓插件組件的編寫與原來沒有任何差別呢？

Shadow 的做法是字節(jié)碼替換插件，這是一個(gè)非常棒的想法，簡(jiǎn)單來說，Android 提供了一些 Gradle 插件開發(fā)套件，其中有一項(xiàng)功能叫 Transform Api，它可以介入項(xiàng)目的構(gòu)建過程，在字節(jié)碼生成后、dex 文件生成前，對(duì)代碼進(jìn)行某些變換，具體怎么做的不說了，可以自己看文檔。

實(shí)現(xiàn)的功能嘛，就是用戶配置 Gradle 插件后，正常開發(fā)，依然編寫：

class TestActivity extends Activity {}

然后完成編譯后，最后的字節(jié)碼中，顯示的卻是：

class TestActivity extends PluginActivity {}

到這里基本的框架就差不多結(jié)束了。

五、Resource Injection

最后要說的是資源注入，其實(shí)這一點(diǎn)相當(dāng)重要，Android 應(yīng)用的開發(fā)其實(shí)崇尚的是邏輯與資源分離的理念，所有資源（layout、values 等）都會(huì)被打包到 Apk 中，然后生成一個(gè)對(duì)應(yīng)的 R 類，其中包含對(duì)所有資源的引用 id。

資源的注入并不容易，好在 Android 系統(tǒng)給我們留了一條后路，最重要的是這兩個(gè)接口：

PackageManager#getPackageArchiveInfo：根據(jù) Apk 路徑解析一個(gè)未安裝的 Apk 的 PackageInfo
PackageManager#getResourcesForApplication：根據(jù) ApplicationInfo 創(chuàng)建一個(gè) Resources 實(shí)例

我們要做的就是在上面 ContainerActivity#onCreate 中加載插件 Apk 的時(shí)候，用這兩個(gè)方法創(chuàng)建出來一份插件資源實(shí)例。具體來說就是先用 PackageManager#getPackageArchiveInfo 拿到插件 Apk 的 PackageInfo，有了 PacakgeInfo 之后我們就可以自己組裝一份 ApplicationInfo，然后通過 PackageManager#getResourcesForApplication 來創(chuàng)建資源實(shí)例，大概代碼像這樣：

PackageManager packageManager = getPackageManager();
PackageInfo packageArchiveInfo = packageManager.getPackageArchiveInfo(
    pluginApkPath,
    PackageManager.GET_ACTIVITIES
    | PackageManager.GET_META_DATA
    | PackageManager.GET_SERVICES
    | PackageManager.GET_PROVIDERS
    | PackageManager.GET_SIGNATURES
);
packageArchiveInfo.applicationInfo.sourceDir = pluginApkPath;
packageArchiveInfo.applicationInfo.publicSourceDir = pluginApkPath;

Resources injectResources = null;
try {
    injectResources = packageManager.getResourcesForApplication(packageArchiveInfo.applicationInfo);
} catch (PackageManager.NameNotFoundException e) {
    // ...
}

拿到資源實(shí)例后，我們需要將宿主的資源和插件資源 Merge 一下，編寫一個(gè)新的 Resources 類，用這樣的方式完成自動(dòng)代理：

public class PluginResources extends Resources {
    private Resources hostResources;
    private Resources injectResources;

    public PluginResources(Resources hostResources, Resources injectResources) {
        super(injectResources.getAssets(), injectResources.getDisplayMetrics(), injectResources.getConfiguration());
        this.hostResources = hostResources;
        this.injectResources = injectResources;
    }

    @Override
    public String getString(int id, Object... formatArgs) throws NotFoundException {
        try {
            return injectResources.getString(id, formatArgs);
        } catch (NotFoundException e) {
            return hostResources.getString(id, formatArgs);
        }
    }

    // ...
}

然后我們?cè)?ContainerActivity 完成插件組件加載后，創(chuàng)建一份 Merge 資源，再復(fù)寫 ContainerActivity#getResources，將獲取到的資源替換掉：

public class ContainerActivity extends Activity {
    private Resources pluginResources;

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        // ...
        pluginResources = new PluginResources(super.getResources(), PluginLoader.getResources(pluginApkPath));
        // ...
    }

    @Override
    public Resources getResources() {
        if (pluginActivity == null) {
            return super.getResources();
        }
        return pluginResources;
    }
}

這樣就完成了資源的注入。

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