Android插件化技术
一、Android插件化技术
我们在平时的开发过程中，会经常遇到产品需求的变更或者出现bug，在传统的模式中，我们需要首先需要修改代码，然后重新打包Apk，再交给公司的运营去官网或者应用商店上线，用户在打开应用的时候就会进行更新了。但是这种模式有几个缺点，一是上线周期长，从修改代码到用户更新需要较长的时间；二是用户更新代价较大，每次用户更新都需要下载整个Apk包，整个Apk包包括了一个应用的所有代码，要消耗用户较多的流量，并且，如果是一些重要的更新，为了确保用户都能更新到，还需要用到强制更新，即用户打开App后如果不更新应用则退出应用，这种对用户来说是极其不友好的。还有另外一种情况，某些较大的App功能很多，比如支付宝、微信等，如果将这些功能全部塞到一个Apk中，那将会是一个巨型Apk，用户在安装或者更新Apk时将会经过漫长的等待时间。基于以上两点，Android的插件化技术应运而生，插件化技术即将Apk按照功能模块划分，不同的功能打包成不同的Apk，然后应用的主Apk按需加载对应功能的Apk，用户只需要安装应用的主Apk即可，主Apk相当于一个壳，它会按需加载其他功能模块的Apk。通过这种模式，不仅解决了巨型Apk的问题，而且当某个功能模块需要变化时，也只需要修改对应功能的代码，打包功能Apk并更新即可，这样不仅可以让用户及时更新，而且更新的代价也很小。但是，我们知道，在Android中，没有安装的apk是不能直接运行的，那么要想实现插件化，我们就必须能够让主Apk能够加载功能Apk并运行。在这篇文章中，我们就一步步的分析如何实现Android的插件化。
二、需求分析
需求：实现在一个Apk中加载另外一个Apk并运行。
一般来说，Apk只有安装了才能够运行，Android在安装Apk时会解析Apk包，解析其中的AndroidManifest.xml文件，我们的四大组件（除了动态注册的广播）等都配置在其中，解析过程是由PackageManagerService完成的，PMS在解析Apk完成后，会将声明的四大组件的信息都注册在其中，并且应用在获取Apk资源时，也是需要通过PMS的协助完成，我们的应用可以通过上下文环境Context来和PMS打交道，对于一个没有安装过的Apk，其配置信息是没有在PMS中注册的，那么通过宿主Apk的上下文环境是无法去获取功能Apk中的四大组件以及资源等信息的，也就无法运行功能Apk。我们知道，PMS和AMS都运行在System Server进程中，我们的宿主Apk是运行在自己的应用进程中，不同的进程直接的数据是隔离的，我们无法在自己的应用进程中直接操作到运行在System Server进程中的PMS和AMS，两者之间的通信过程是通过Binder机制来完成的，也就是说，要想在宿主Apk中运行功能Apk的四大组件，就需要欺骗运行在System Server中的PMS和AMS，让其误以为我们的宿主Apk运行的是自己应用中的组件。基于以上思想，我们可以想到以下思路，首先来看一下针对Activity的处理：
1、在宿主Apk中注册一个代理的Activity，暂定为ProxyActivity；
2、当我们在宿主应用中要加载功能Apk时，首先要解析功能Apk，将其加载到对应的ClassLoader中；
3、启动ProxyActivity，因为ProxyActivity是在宿主Apk中注册过的，所有可以启动；
4、从功能Apk的ClassLoader中找到要功能Activity类；
5、通过反射创建功能Activity实例；
6、在ProxyActivity的所有生命周期回调函数中都调用功能Activity对应的回调函数，这样功能Activity要完成的功能就都在ProxyActivity中完成了。
可以看到，这是一种典型的代理模式，通过启动ProxyActivity来欺骗AMS，让AMS认为我们要启动的Activity是宿主Apk中的Activity，然而实际上ProxyActivity只是一个壳，它的主要作用是用来回调功能Activity的生命周期函数，这样就通过ProxyActivity完成了功能Activity的功能。前面说到过，没有安装过的Apk是没有在PMS中注册的，我们通过在宿主应用的Context是无法访问到功能Activity的资源的，这里我们暂时不讨论资源的加载问题，先只看如何通过ProxyActivity运行到功能Activity的代码。
如何动态加载Apk
首先，我们要知道如何将功能Apk加载到对应的ClassLoader中，关于动态加载apk，理论上可以用到的有DexClassLoader、PathClassLoader和URLClassLoader，看一下它们的对比：
DexClassLoader ：可以加载文件系统上的jar、dex、apk
PathClassLoader ：可以加载/data/app目录下的apk，这也意味着，它只能加载已经安装的apk
URLClassLoader ：可以加载java中的jar，但是由于dalvik不能直接识别jar，所以此方法在android中无法使用，尽管还有这个类
关于jar、dex和apk，dex和apk是可以直接加载的，因为它们都是或者内部有dex文件，而原始的jar是不行的，必须转换成Android虚拟机所能识别的字节码文件，通过以上介绍，我们需要用DexClassLoader来加载功能Apk。
代码
首先我们在宿主应用中新建ProxyActivity，代码如下：
package com.liunian.androidbasic.dynamicload;
import android.app.Activity;
import android.content.Intent;
import android.os.Bundle;
import android.text.TextUtils;
import java.io.File;
import java.lang.reflect.InvocationTargetException;
import java.lang.reflect.Method;
import dalvik.system.DexClassLoader;
public class ProxyActivity extends Activity {
public static final String PLUGIN_DEX_PATH = "plugin.dex.path";
public static final String PLUGIN_ACTIIVTY_CLASS_NAME = "plugin.activity.class.name";
Activity mPluginActivity = null;
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
Intent intent = getIntent();
if (intent != null) {
// 从Intent中获得要启动的功能Apk的路径和Activity完整类名
String pluginDexPath = intent.getStringExtra(PLUGIN_DEX_PATH);
String pluginActivityClassName = intent.getStringExtra(PLUGIN_ACTIIVTY_CLASS_NAME);
if (TextUtils.isEmpty(pluginDexPath) || TextUtils.isEmpty(pluginActivityClassName)) {
return;
}
// 根据apk路径加载apk代码到DexClassLoader中
File dexOutputDir = this.getDir("dex", 0);
DexClassLoader dexClassLoader = new DexClassLoader(pluginDexPath,
dexOutputDir.getAbsolutePath(), null, ClassLoader.getSystemClassLoader());
if (dexClassLoader == null) {
return;
}
// 从DexClassLoader中获得功能Activity Class对象并通过反射创建一个功能Activity实例
Class pluginActivityClass = null;
try {
pluginActivityClass = dexClassLoader.loadClass(pluginActivityClassName);
mPluginActivity = (Activity) pluginActivityClass.newInstance();
} catch (ClassNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IllegalAccessException e) {
e.printStackTrace();
} catch (InstantiationException e) {
e.printStackTrace();
}
// 调用功能Activity的setProxyActivity方法，给其设置代理Activity
try {
Method setProxyActivityMethod = pluginActivityClass.getDeclaredMethod("setProxyActivity", Activity.class);
setProxyActivityMethod.invoke(mPluginActivity, this);
} catch (NoSuchMethodException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IllegalAccessException e) {
e.printStackTrace();
} catch (InvocationTargetException e) {
e.printStackTrace();
}
}
// 调用功能Activity实例的onCreate方法
try {
Method onCreateMethod = Activity.class.getDeclaredMethod("onCreate", Bundle.class);
onCreateMethod.setAccessible(true);
onCreateMethod.invoke(mPluginActivity, savedInstanceState);
} catch (NoSuchMethodException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IllegalAccessException e) {
e.printStackTrace();
} catch (InvocationTargetException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
宿主应用中启动功能Apk中的Activity：
Intent intent = new Intent();
intent.putExtra(ProxyActivity.PLUGIN_DEX_PATH, "/sdcard/pluginmodule-debug.apk");
intent.putExtra(ProxyActivity.PLUGIN_ACTIIVTY_CLASS_NAME, "com.alipay.pluginmodule.MainActivity");
intent.setClass(MainActivity.this, ProxyActivity.class); // 其实启动的还是ProxyActivity在Android studio中新建一个应用工程，MainActivity内容如下：
package com.alipay.pluginmodule;
import android.app.Activity;
import android.os.Bundle;
import android.util.Log;
public class MainActivity extends Activity {
Activity mProxyActivity = null;
public void setProxyActivity(Activity proxyActivity) {
mProxyActivity = proxyActivity;
}
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
Log.i("liunianprint:", "MainActivity onCreate");
mProxyActivity.setContentView(R.layout.activity_main);
}
}
编译功能Apk，名称为pluginmodule-debug.apk，将其push到手机的sdcard目录下，在宿主应用中启动它，发现"MainActivity onCreate"有打印：
02-14 15:18:33.944 22742-22742/com.alipay.pluginmodule I/liunianprint:: MainActivity onCreate
但是界面上确没有显示任何内容，我们再MainActivity中通过setContentView给页面设置的布局并没有显示，为什么会这样呢？原因是因为我们通过宿主应用的上下文环境无法加载到在功能Apk中的资源，所以setContentView中设置的布局也就无效了，那么我们让功能Activity显示内容呢？既然无法通过设置布局id的方式给功能Activity添加布局，我们何不尝试一下手动给功能Activity添加控件呢？
public class MainActivity extends Activity {
Activity mProxyActivity = null;
public void setProxyActivity(Activity proxyActivity) {
mProxyActivity = proxyActivity;
}
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
Log.i("liunianprint:", "MainActivity onCreate");
mProxyActivity.setContentView(generateLayout()); // 给代理Activity设置手动生成的控件布局
}
private View generateLayout() {
TextView textView = new TextView(mProxyActivity);
textView.setText("我是Plugin的MainActivity");
return textView;
}
}这个时候在从宿主Apk中启动功能Apk中的Activity，显示如下：
可以看到，成功的在宿主Apk中显示了功能Apk的内容，万里长征终于迈出了第一步，总结一下使用到的技术：
1、通过DexClassLoader动态的加载了功能Apk；
2、通过反射我们可以创建功能Activity的实例，并调用其函数；
3、通过注册代理Activity，然后在代理Activity的生命周期函数中调用功能Activity的生命周期函数，以达到让代理Activity实现功能Activity的效果；
4、功能Activity相当于只是一个代码块的封装，而代理Activity是实际启动的Activity，代理Activity可以看做一个壳，它会调用功能Activity的方法来完成功能Activity的效果。
加载Apk中的资源
在上面的代码中，我们通过动态加载技术成功的执行了功能Activity的代码，但是，却不能使用Apk中的资源，原因是因为通过宿主Apk的Context无法访问到功能Apk中的资源，那么，有没有什么办法可以让宿主Apk访问到功能Apk中的资源呢？下面我们就一起探寻一下解决办法。
Android的资源加载过程是一个复杂的过程，后面我们专门写一篇文章来讨论，这里，我们只探究一下如何通过Android系统提供的Api达到加载其他Apk中的资源的目的，首先，我们来看一下Activity的setContentView方法，看其是如何加载布局资源的：
public void setContentView(@LayoutRes int layoutResID) {
getWindow().setContentView(layoutResID); // 其实是将布局资源设置给了Activity的Window，Window的具体实现类为PhoneWindow
initWindowDecorActionBar();
}其实是将布局资源设置给了Activity的Window，Window的具体实现类为PhoneWindow，继续看PhoneWindow的setContentView方法：
@Override
public void setContentView(int layoutResID) {
...
mLayoutInflater.inflate(layoutResID, mContentParent); // 调用了LayoutInflater的inflate方法解析layoutResID对应的布局文件，生成布局树，并将其添加到mContentParent上
...
}调用了LayoutInflater的inflate方法解析layoutResID对应的布局文件，生成布局树，并将其添加到mContentParent上，mContentParent是PhoneWindow中的根View---DecorView下的一个子控件，这样我们就通过setContentView方法将布局添加到了DecorView的子控件中。我们再来看一下LayoutInflater的inflate方法：
public View inflate(@LayoutRes int resource, @Nullable ViewGroup root, boolean attachToRoot) {
final Resources res = getContext().getResources(); // 根据上下文环境获得Resources对象
final XmlResourceParser parser = res.getLayout(resource); // 根据Resources对象获得对应的布局文件
try {
return inflate(parser, root, attachToRoot); // 解析布局文件并生成控件树，如有必要，还需要将其添加到root中
} finally {
parser.close();
}
}可以看到，Android获得资源首先是根据上下文环境获得一个Resources对象，然后在根据这个Resources对象即可获得其中的资源。那么我们如何构造一个加载了未安装Apk的Resource对象呢？我们来看一下Resources类的构造函数：
@Deprecated
public Resources(AssetManager assets, DisplayMetrics metrics, Configuration config) {
this(null);
mResourcesImpl = new ResourcesImpl(assets, metrics, config, new DisplayAdjustments());
}其中，AssetManager 表示资源管理器，Resources内部就是通过它来读取Apk中的资源的，DisplayMetrics表示屏幕分比率，Configuration表示设备配置。我们可以通过调用AssetManager的addAssetPath方法将Apk中的资源目录添加到AssetManager中管理，那么通过Resources去查找资源时，就会查找Apk中的资源。我们可以通过反射来构建一个AssetMananger对象，然后调用其addAssetPath方法将Apk中的资源目录添加到AssetManager中管理，再通过AssetMananger、DisplayMetrics以及Configuration来构建一个Resources对象，这样就可以访问到Resources中的资源了。代码如下：
public class ProxyActivity extends Activity {
public static final String PLUGIN_DEX_PATH = "plugin.dex.path";
public static final String PLUGIN_ACTIIVTY_CLASS_NAME = "plugin.activity.class.name";
Activity mPluginActivity = null;
Resources mPluginResourcs = null;
String mPluginDexPath;
String mPluginActivityClassName;
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
Intent intent = getIntent();
if (intent != null) {
// 从Intent中获得要启动的功能Apk的路径和Activity完整类名
mPluginDexPath = intent.getStringExtra(PLUGIN_DEX_PATH);
mPluginActivityClassName = intent.getStringExtra(PLUGIN_ACTIIVTY_CLASS_NAME);
if (TextUtils.isEmpty(mPluginDexPath) || TextUtils.isEmpty(mPluginActivityClassName)) {
return;
}
loadApkResources(); // 加载资源
// 根据apk路径加载apk代码到DexClassLoader中
File dexOutputDir = this.getDir("dex", 0);
DexClassLoader dexClassLoader = new DexClassLoader(mPluginDexPath,
dexOutputDir.getAbsolutePath(), null, ClassLoader.getSystemClassLoader());
if (dexClassLoader == null) {
return;
}
// 从DexClassLoader中获得功能Activity Class对象并通过反射创建一个功能Activity实例
Class pluginActivityClass = null;
try {
pluginActivityClass = dexClassLoader.loadClass(mPluginActivityClassName);
mPluginActivity = (Activity) pluginActivityClass.newInstance();
} catch (ClassNotFoundException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IllegalAccessException e) {
e.printStackTrace();
} catch (InstantiationException e) {
e.printStackTrace();
}
// 调用功能Activity的setProxyActivity方法，给其设置代理Activity
try {
Method setProxyActivityMethod = pluginActivityClass.getDeclaredMethod("setProxyActivity", Activity.class);
setProxyActivityMethod.invoke(mPluginActivity, this);
} catch (NoSuchMethodException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IllegalAccessException e) {
e.printStackTrace();
} catch (InvocationTargetException e) {
e.printStackTrace();
}
}
// 调用功能Activity实例的onCreate方法
try {
Method onCreateMethod = Activity.class.getDeclaredMethod("onCreate", Bundle.class);
onCreateMethod.setAccessible(true);
onCreateMethod.invoke(mPluginActivity, savedInstanceState);
} catch (NoSuchMethodException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IllegalAccessException e) {
e.printStackTrace();
} catch (InvocationTargetException e) {
e.printStackTrace();
}
}
// 加载插件Apk的资源
private void loadApkResources() {
try {
AssetManager assetManager = AssetManager.class.newInstance(); // 通过反射创建一个AssetManager对象
Method addAssetPathMethod = AssetManager.class.getDeclaredMethod("addAssetPath", String.class); // 获得AssetManager对象的addAssetPath方法
addAssetPathMethod.invoke(assetManager, mPluginDexPath); // 调用AssetManager的addAssetPath方法，将apk的资源添加到AssetManager中管理
mPluginResourcs = new Resources(assetManager, super.getResources().getDisplayMetrics(), super.getResources().getConfiguration()); // 根据AssetMananger创建一个Resources对象
} catch (InstantiationException e) {
e.printStackTrace();
} catch (IllegalAccessException e) {
e.printStackTrace();
} catch (NoSuchMethodException e) {
e.printStackTrace();
} catch (InvocationTargetException e) {
e.printStackTrace();
}
}
// 重写ProxyActivity的getResources方法，让其返回插件Apk的资源对象
@Override
public Resources getResources() {
if (mPluginResourcs != null) {
return mPluginResourcs;
}
return super.getResources();
}
}同时，修改插件Apk的代码：
public class MainActivity extends Activity {
Activity mProxyActivity = null;
public void setProxyActivity(Activity proxyActivity) {
mProxyActivity = proxyActivity;
}
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
Log.i("liunianprint:", "MainActivity onCreate");
mProxyActivity.setContentView(R.layout.activity_main);
}
}布局文件：
重新打包插件Apk和宿主Apk，运行程序：
哈哈，我们成功的显示了插件Apk中的布局文件，总结一下使用到的技术：
1、通过反射构造一个资源管理AssetManager对象；
2、通过反射调用AssetManager的addAssetPath方法，将插件Apk中的资源添加到AssetManager对象中管理；
3、通过AssetManager对象、屏幕分辨率以及设置配置信息构造一个Resources对象；
4、重写ProxyActivity的getResources方法，让其返回可以访问插件Apk资源的Resources对象。
三、总结
这篇文章通过代理的方式实现简单的插件化，插件化主要要做到三件事：
1、加载未安装的Apk中的代码；
2、加载未安装的Apk中的资源；
3、欺骗AMS，绕过检测。
其中欺骗AMS，现在一般是使用Hook的方式实现的，Hook的方式需要我们对Activity的启动流程比较了解，可以Hook Ams的代理或者Hook Instrumentation，即欺骗AMS要启动的Activity是已经注册过的Activity，绕过检测，但是在创建Activity时在将其替换成插件中的Activity，这种方式我们在后面专门写一篇文章分析。