深入理解Android插件化技术原理

[[431328]]

前言

插件化技术最初源于免安装运行apk的想法，这个免安装的apk可以理解为插件。

支持插件化的app可以在运行时加载和运行插件，这样便可以将app中一些不常用的功能模块做成插件，一方面减小了安装包的大小，另一方面可以实现app功能的动态扩展;

今天我们就来讲下插件化

一、插件化介绍

1、插件化介绍

在 Android 系统中，应用是以 Apk 的形式存在的，应用都需要安装才能使用。但实际上 Android 系统安装应用的方式相当简单，其实就是把应用 Apk 拷贝到系统不同的目录下、然后把 so 解压出来而已;

常见的应用安装目录有：

• /system/app：系统应用
• /system/priv-app：系统应用
• /data/app：用户应用

Apk 的构成，一个常见的 Apk 会包含如下几个部分：

• classes.dex：Java 代码字节码
• res：资源目录
• lib：so 目录
• assets：静态资产目录
• AndroidManifest.xml：清单文件

其实 Android 系统在打开应用之后，也只是开辟进程，然后使用 ClassLoader 加载 classes.dex 至进程中，执行对应的组件而已;

那大家可能会想一个问题，既然 Android 本身也是使用类似反射的形式加载代码执行，凭什么我们不能执行一个 Apk 中的代码呢?

这其实就是插件化的目的，让 Apk 中的代码(主要是指 Android 组件)能够免安装运行，这样能够带来很多收益，最显而易见的优势其实就是通过网络热更新、热修复;

2、插件化技术难点

• 反射并执行插件 Apk 中的代码(ClassLoader Injection)
• 让系统能调用插件 Apk 中的组件(Runtime Container)
• 正确识别插件 Apk 中的资源(Resource Injection)

3、双亲委托机制

ClassLoader调用loadClass方法加载类，代码如下：

protected Class<?> loadClass(String className, boolean resolve) throws ClassNotFoundException {  
       //首先从已经加载的类中查找 
        Class<?> clazz = findLoadedClass(className);     
    if (clazz == null) { 
            ClassNotFoundException suppressed = null;      
           try {    
                //如果没有加载过，先调用父加载器的loadClass 
                clazz = parent.loadClass(className, false); 
            } catch (ClassNotFoundException e) { 
                suppressed = e; 
            }       
        if (clazz == null) {         
                try {            
                  //父加载器都没有加载，则尝试加载 
                    clazz = findClass(className); 
                } catch (ClassNotFoundException e) { 
                    e.addSuppressed(suppressed);        
                     throw e; 
                } 
            } 
        }     
            return clazz; 
    } 

可以看出ClassLoader加载类时，先查看自身是否已经加载过该类，如果没有加载过会首先让父加载器去加载，如果父加载器无法加载该类时才会调用自身的findClass方法加载，该机制很大程度上避免了类的重复加载;

二、插件化详解

1、ClassLoader Injection

简单来说，插件化场景下，会存在同一进程中多个 ClassLoader 的场景：

• 宿主 ClassLoader：宿主是安装应用，运行即自动创建
• 插件 ClassLoader：使用 new DexClassLoader 创建

我们称这个过程叫做 ClassLoader 注入;

完成注入后，所有来自宿主的类使用宿主的 ClassLoader 进行加载，所有来自插件 Apk 的类使用插件 ClassLoader 进行加载;

而由于 ClassLoader 的双亲委派机制，实际上系统类会不受 ClassLoader 的类隔离机制所影响，这样宿主 Apk 就可以在宿主进程中使用来自于插件的组件类了;

2、Runtime Container

ClassLoader 注入后，就可以在宿主进程中使用插件 Apk 中的类，但是我们都知道 Android 组件都是由系统调用启动的，未安装的 Apk 中的组件，是未注册到 AMS 和 PMS 的，就好比你直接使用 startActivity 启动一个插件 Apk 中的组件，系统会告诉你无法找到;

我们的解决方案很简单，即运行时容器技术，简单来说就是在宿主 Apk 中预埋一些空的 Android 组件，以 Activity 为例，我预置一个 ContainerActivity extends Activity 在宿主中，并且在 AndroidManifest.xml 中注册它;

它要做的事情很简单，就是帮助我们作为插件 Activity 的容器，它从 Intent 接受几个参数，分别是插件的不同信息，如：

• pluginName;
• pluginApkPath;
• pluginActivityName等，其实最重要的就是 pluginApkPath 和 pluginActivityName，当 ContainerActivity 启动时，我们就加载插件的 ClassLoader、Resource，并反射 pluginActivityName 对应的 Activity 类;

当完成加载后，ContainerActivity 要做两件事：

• 转发所有来自系统的生命周期回调至插件 Activity
• 接受 Activity 方法的系统调用，并转发回系统

我们可以通过复写 ContainerActivity 的生命周期方法来完成第一步，而第二步我们需要定义一个 PluginActivity，然后在编写插件 Apk 中的 Activity 组件时，不再让其集成 android.app.Activity，而是集成自我们的 PluginActivity，后面再通过字节码替换来自动化完成这部操作，后面再说为什么，我们先看伪代码;

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` 中真正写的组件 
public class TestActivity extends PluginActivity { 
    // ...... 
} 

但大概原理就是这么简单，启动插件组件需要依赖容器，容器负责加载插件组件并且完成双向转发，转发来自系统的生命周期回调至插件组件，同时转发来自插件组件的系统调用至系统;

3、Resource Injection

最后要说的是资源注入，其实这一点相当重要，Android 应用的开发其实崇尚的是逻辑与资源分离的理念，所有资源(layout、values 等)都会被打包到 Apk 中，然后生成一个对应的 R 类，其中包含对所有资源的引用 id;

资源的注入并不容易，好在 Android 系统给我们留了一条后路，最重要的是这两个接口：

• PackageManager#getPackageArchiveInfo：根据 Apk 路径解析一个未安装的 Apk 的 PackageInfo;
• PackageManager#getResourcesForApplication：根据 ApplicationInfo 创建一个 Resources 实例;

我们要做的就是在上面 ContainerActivity#onCreate 中加载插件 Apk 的时候，用这两个方法创建出来一份插件资源实例。具体来说就是先用 PackageManager#getPackageArchiveInfo 拿到插件 Apk 的 PackageInfo，有了 PacakgeInfo 之后我们就可以自己组装一份 ApplicationInfo，然后通过 PackageManager#getResourcesForApplication 来创建资源实例，大概代码像这样：

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) { 
    // ... 
} 

拿到资源实例后，我们需要将宿主的资源和插件资源 Merge 一下，编写一个新的 Resources 类，用这样的方式完成自动代理：

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); 
        } 
    } 
    // ... 
} 

然后我们在 ContainerActivity 完成插件组件加载后，创建一份 Merge 资源，再复写 ContainerActivity#getResources，将获取到的资源替换掉：

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; 
    } 
} 

这样就完成了资源的注入

4、解决资源冲突

合并式的资源处理方式，会引入资源冲突，原因在于不同插件中的资源id可能相同，所以解决方法就是使得不同的插件资源拥有不同的资源id;

资源id是由8位16进制数表示，表示为0xPPTTNNNN。PP段用来区分包空间，默认只区分了应用资源和系统资源，TT段为资源类型，NNNN段在同一个APK中从0000递增;

总结

市面上的插件化框架实际很多，如 Tecent 的 Shadow、Didi 的 VirtualApk、360 的 RePlugin。他们各有各的长处，不过大体上差不多;

他们大体原理其实都差不多，运行时会有一个宿主 Apk 在进程中跑，宿舍 Apk 是真正被安装的应用，宿主 Apk 可以加载插件 Apk 中的组件和代码运行，插件 Apk 可以任意热更新;