Android 插件化原理（一），通过dex文件调用插件app代码

Android插件化原理，从以下三个问题切入：

1. 什么是插件化
2. 如何实现插件类的加载
3. 如何实现插件资源的加载

什么是插件化

插件化技术最初是源于免安装运行APK的想法，这个免安装的APK就可以理解为插件，而支持插件的app，则称之为宿主；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

• 插件化解决的问题

1. APP的功能越来越多，体积越来越大
2. 模块之间的耦合度高，协同开发的沟通成本越来越大
3. APP功能变多之后，导致方法数可能会超过65535，APP占用内存过大
4. 应用之间的相互调用

• 插件化与组件化的区别

• 组件化开发就是将一个APP拆分成多个模块，每一个模块都是一个组件，在开发的过程中可以让这些组件相互依赖或者单独调试部分组件等，但是最终发布的时候是将这些组件合并为一个APK，这就是组件化开发。
• 插件化和组件化略有不同，插件化是将整个APP拆分成多个模块，这些模块包括一个宿主和多个插件，每个模块都是一个单独的APK，最终打包的时候，宿主APK和插件APK分开打包。（最终online部署发布时，可以根据客户需求选择只发布宿主APK，或者是发布宿主APK和其中需要用到的插件APK）

• 各大插件化对比

特性	DynamicAPK	dynamic- load-apk	Small	DroidPlugin	RePlugin	VirtualAPK
作者	携程	任玉刚	wequick	360	360	滴滴
支持四大组件	只支持Activity	只支持Activity	只支持 Activity	全支持	全支持	全支持
组件无需在宿主manifest 中预注册	×	√	√	√	√	√
插件可以依赖宿主	√	√	√	×	√	√
支持PendingIntent	×	×	×	√	√	√
Android特性支持	大部分	大部分	大部分	几乎全部	几乎全部	几乎全部
兼容性适配	一般	一般	中等	高	高	高
插件构建	部署aapt	无	Gradle插件	无	Gradle插件	Gradle插件

 

在选择开源框架的时候，需要根据自身的需求来，如果加载的插件不需要和宿主有任何耦合，也无须和宿主进
行通信，比如加载第三方 App，那么推荐使用 RePlugin，其他的情况推荐使用 VirtualApk

插件化的实现

如何去实现插件化呢？插件是免安装的，那么要思考几个问题：

1. 插件也是APK，APK里面有资源和类，那么需要考虑的问题无非就是两个
   1. 如何加载插件资源
   2. 如何加载插件类
2. 要加载Android类，as we all konw，四大组件是需要在AndroidManifest.xml中注册的，要在宿主中调用插件的四大组件，显然插件APK中的用到的四大组件相关类，是没有在宿主的AndroidMainfest.xml中注册过的，那么怎么通过宿主去调用插件的四大组件

• 类加载

Java中会通过javac命令将.java文件编译生成.class文件，jvm会加载class文件，解析之后初始化，然后就可以运行了；Android中会将代码编译成一个APK，解压APK可以看到一个或者多个.dex文件，dex文件是DVM的可执行文件，dex就是把class合并优化后生成的（odex）；下面我们来学习DVM如何加载dex文件。

• ClassLoader

Android中是通过ClassLoader加载dex文件的，ClassLoader是一个抽象类，实现主要分为两种类型：系统类加载器和自定义加载器，其实按照我的理解，系统类加载器主要就是BootClassLoader，DexClassLoader和PathClassLoader

1. BootClassLoader，用于加载Android Framework层class文件。
2. PathClassLoader，用于Android应用程序类加载器。可以加载指定的dex，以及jar、zip、apk中的classes.dex
3. DexClassLoader，用于加载指定的dex，以及jar、zip、apk中的classes.dex

类继承关系如下图：

我们先来看下 PathClassLoader 和 DexClassLoader。

注意：有些帖子可能会有如下说法：

DexClassLoader：能够加载未安装的jar、apk、dex等；而PathClassLoader只能够加载系统中已经安装的apk；这个说法是有问题的，或者说针对Android8.0之后的系统，这个说法是错误的

在8.0（API 26）之前，它们二者的唯一区别是第二个参数 optimizedDirectory，这个参数的意思是生成的 odex（优化的dex）存放的路径。在8.0（API 26）及之后，二者就完全一样了。

看Android源码

// API26之后和API26之前的PathClassLoader的源码是相同的
// /libcore/dalvik/src/main/java/dalvik/system/PathClassLoader.java
public class PathClassLoader extends BaseDexClassLoader {
    // optimizedDirectory 直接为 null
    public PathClassLoader(String dexPath, ClassLoader parent) {
        super(dexPath, null, null, parent);
    }
    // optimizedDirectory 直接为 null
    public PathClassLoader(String dexPath, String librarySearchPath, ClassLoader parent) {
        super(dexPath, null, librarySearchPath, parent);
    }
}

// API 小于等于26 /libcore/dalvik/src/main/java/dalvik/system/DexClassLoader.java
public class DexClassLoader extends BaseDexClassLoader {
    //从API26开始，super的构造方法，也就是BaseDexClassLoader的构造方法有变动
    public DexClassLoader(String dexPath, String optimizedDirectory,
            String librarySearchPath, ClassLoader parent) {
        super(dexPath, new File(optimizedDirectory), librarySearchPath, parent);
    }
}
// API 大于26 /libcore/dalvik/src/main/java/dalvik/system/DexClassLoader.java
public class DexClassLoader extends BaseDexClassLoader {
    /**
     * @param optimizedDirectory this parameter is deprecated and has no effect since API level 26.
    */
    public DexClassLoader(String dexPath, String optimizedDirectory,
            String librarySearchPath, ClassLoader parent) {
        //可以看到第二个参数optimizedDirectory直接为null,已经和PathClassLoader的构造方法一样了
        super(dexPath, null, librarySearchPath, parent);
    }
}

// API 26/libcore/dalvik/src/main/java/dalvik/system/BaseDexClassLoader.java
public BaseDexClassLoader(String dexPath, File optimizedDirectory,String librarySearchPath, ClassLoader parent) {
    super(parent);
    // DexPathList 的第四个参数是 optimizedDirectory，可以看到这儿为 null
    this.pathList = new DexPathList(this, dexPath, librarySearchPath, null);
}

// API 25/libcore/dalvik/src/main/java/dalvik/system/BaseDexClassLoader.java
public BaseDexClassLoader(String dexPath, File optimizedDirectory,
            String librarySearchPath, ClassLoader parent) {
        super(parent);
        this.pathList = new DexPathList(this, dexPath, librarySearchPath, optimizedDirectory);
}

上述源码可以看出，PathClassLoader和DexClassLoader都是继承自BaseDexClassLoader的，而且他们两个都只有构造函数，其类加载相关逻辑全都是在父类BaseDexClassLoader中。

唯一的区别就是第二个参数optimizedDirectory有没有使用，从API26，也就是8.0开始，他们两个的构造函数完全一样，已经没有任何区别，故DexClassLoader能干的事，PathClassLoader也能干

在搞清楚了PathClassLoader、DexClassLoader和BaseDexClassLoader之间的关系之后，我们写一段代码，研究一下PathClassLoader和BootClassLoader之间的关系。

在AS中创建一个Android项目，创建完成之后，再New 一个Module，项目的Project结构视图如下：

在宿主的MainActivity的onCreate方法中加入下代码：

@Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);

        // Example of a call to a native method
        TextView tv = findViewById(R.id.sample_text);
        tv.setText("xxxxxxx");

        printClassloader();
        //invokePluginMethod();
        //invokePluginByLoadAPK();

    }

    private void printlassCloader() {
        ClassLoader classLoader = getClassLoader();
        while (classLoader != null) {
            Log.d(TAG, "printlassCloader classloader = " + classLoader);
            classLoader = classLoader.getParent();
        }
    }

输出结果如下：

01-13 11:44:15.513 13212-13212/com.enjoy.myplugin D/Rayman: printClassloader classloader = dalvik.system.PathClassLoader[DexPathList[[zip file "/data/app/com.enjoy.myplugin-1/base.apk", zip file "/sdcard/plugin-debug.apk"],nativeLibraryDirectories=[/data/app/com.enjoy.myplugin-1/lib/arm64, /vendor/lib64, /system/lib64]]]
01-13 11:44:15.513 13212-13212/com.enjoy.myplugin D/Rayman: printClassloader classloader = java.lang.BootClassLoader@15bc8d9c

从打印结果来看，当前应用程序的类加载器，或者说MainActivity的ClassLoader就是PathClassLoader，而PathClassLoader的parent属性的值是BootClassLoader，需要说明的是，这儿的parent并不是父类，parent是ClassLoader类本身的一个成员属性。

那么在修改一下printClassLoader方法，看看Activity和AppCompactActivity的类加载器具体都是什么：

 private void printClassloader() {
        ClassLoader classLoader = getClassLoader();
        while (classLoader != null) {
            Log.d(TAG, "printClassloader classloader = " + classLoader);
            classLoader = classLoader.getParent();
        }
        Log.d(TAG,"activity clsloader = "+ Activity.class.getClassLoader());
        Log.d(TAG,"appcompactactivity clsloader = "+ AppCompatActivity.class.getClassLoader());
    }

打印结果如下：

01-13 11:55:37.838 13435-13435/? D/Rayman: printClassloader classloader = dalvik.system.PathClassLoader[DexPathList[[zip file "/data/app/com.enjoy.myplugin-2/base.apk", zip file "/sdcard/plugin-debug.apk"],nativeLibraryDirectories=[/data/app/com.enjoy.myplugin-2/lib/arm64, /vendor/lib64, /system/lib64]]]
01-13 11:55:37.838 13435-13435/? D/Rayman: printClassloader classloader = java.lang.BootClassLoader@15bc8d9c
01-13 11:55:37.838 13435-13435/? D/Rayman: activity clsloader = java.lang.BootClassLoader@15bc8d9c
01-13 11:55:37.838 13435-13435/? D/Rayman: appcompactactivity clsloader = dalvik.system.PathClassLoader[DexPathList[[zip file "/data/app/com.enjoy.myplugin-2/base.apk", zip file "/sdcard/plugin-debug.apk"],nativeLibraryDirectories=[/data/app/com.enjoy.myplugin-2/lib/arm64, /vendor/lib64, /system/lib64]]]

从打印结果可知：

正好印证了，前面谈到的BootClassLoader和PathClassLoader各自的作用范围

1. BootClassLoader，用于加载Android Framework层class文件。
2. PathClassLoader，用于Android应用程序类加载器。可以加载指定的dex，以及jar、zip、apk中的classes.dex

说到这儿，可能会有些疑问：

为什么Activity和AppCompactActivity的类加载器不同，需要说明的是BootClassLoader用于加载Android Framework中的类，或者说是BootClassLoader加载的类一定是在Android SDK中的，而AppCompactActivity并不是在SDK中，而是我们在创建项目的时候添加的依赖库，在build.gradle中添加的dependencies，

implementation 'androidx.appcompat:appcompat:1.1.0'

• 如何实现类加载

如何利用ClassLoader去加载一个类呢？其实非常简单，在之前创建的项目中有个Module是plugin，在plugin中添加一个java类，叫做PluginTest，如下图：

PluginTest的代码如下：

package com.enjoy.plugin;

import android.util.Log;

public class PluginTest {

    private final static String TAG = "Rayman";

    private void ShowPluginMsg(String msg){
        Log.d(TAG,"PluginTest ShowPluginMsg msg = "+msg);
    }
}

现在我们有一个apk文件，路径是 apkPath，然后里面有个类 com.enjoy.plugin.PluginTest，可以参照如下代码，实现对PluginTest类的加载，在宿主APP的MainActivity中实现如下方法：

private void invokePluginMethod() {
        //在这里我们需要先生成PluginTest.dex文件
        DexClassLoader dexClassLoader = new DexClassLoader("/sdcard/PluginTest.dex",
                getCacheDir().getAbsolutePath(), null, getClassLoader());
        //注意此处如果替换为PathClassLoader也是可以正常执行的
        PathClassLoader pathClassLoader = new PathClassLoader("/sdcard/PluginTest.dex",
                null,getClassLoader());
        try {
            //通过DexClassLoader加载PluginTest类
            Class clz = dexClassLoader.loadClass("com.enjoy.plugin.PluginTest");
            //用DexClassLoader或者PathClassLoader都是可以的
            //Class clz = pathClassLoader.loadClass("com.enjoy.plugin.PluginTest");
            //通过反射调用PluginTest类中的方法
            Object obj = clz.newInstance();
            Method method = clz.getDeclaredMethod("ShowPluginMsg",String.class);
            method.setAccessible(true);
            method.invoke(obj,"This is invoke Plugin method...");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }

}

生成dex文件的步骤：

1. 首先在AS中编译plugin这个Module，生成相应的.class文件，即生成PuginTest.class文件，.class的路径如下：
2. 在Android SDK路径下找到dx.bat（Windows系统）这个文件，也就是找到自己的SDK路径，dx.bat在Android\Sdk\build-tools\28.0.3（这儿是Android SDK版本，也有可能是27.0.3或者25.0.2等），可参考如下截图：

将这个路径配置到环境变量，打开cmd，然后用如下命令生成dex文件：

dx --dex --output=output.dex input.class

使用这个命令需要注意，一定要在包名的外层目录执行，比如要生成前面提到的PluginTest.dex，需要按照下面方式执行，在cmd中先进入PluginTest.class文件的包名外层目录，如下：

进入到这儿之后，执行dx --dex --output=PluginTest.dex com\enjoy\plugin\PluginTest.class

执行完上述命令，就会在MyPlugin\plugin\build\intermediates\javac\debug\classes这个目录下生成PluginTest.dex文件

注意：

执行dx命令，只能在包名的外层目录执行，比如说在cmd里面直接进入到.class的目录MyPlugin\plugin\build\intermediates\javac\debug\classes\com\enjoy\plugin，那么在执行dx命令是会报错，无法生成相应的dex文件。

OK，到这儿dex文件就生成了，也就是生成了ClassLoader可以加载的dex文件，亦即DVM可以执行的dex文件。

接下来只需将PluginTest.dex拷贝或者push到手机的/sdcard中，或者是Android虚拟机的/sdcard目录下（/sdcard/PuginTest.dex）,然后执行上面已经写好的invokePluginMethod方法，这里我直接在MainActivity的OnCreate方法中调用：

@Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);

        // Example of a call to a native method
        TextView tv = findViewById(R.id.sample_text);
        tv.setText(stringFromJNI());

        printClassloader();
        invokePluginMethod();
        

    }

运行结果如下：

01-13 14:43:48.050 13645-13645/? D/Rayman: printClassloader classloader = dalvik.system.PathClassLoader[DexPathList[[zip file "/data/app/com.enjoy.myplugin-1/base.apk", zip file "/sdcard/plugin-debug.apk"],nativeLibraryDirectories=[/data/app/com.enjoy.myplugin-1/lib/arm64, /vendor/lib64, /system/lib64]]]
01-13 14:43:48.050 13645-13645/? D/Rayman: printClassloader classloader = java.lang.BootClassLoader@15bc8d9c
01-13 14:43:48.050 13645-13645/? D/Rayman: activity clsloader = java.lang.BootClassLoader@15bc8d9c
01-13 14:43:48.050 13645-13645/? D/Rayman: appcompactactivity clsloader = dalvik.system.PathClassLoader[DexPathList[[zip file "/data/app/com.enjoy.myplugin-1/base.apk", zip file "/sdcard/plugin-debug.apk"],nativeLibraryDirectories=[/data/app/com.enjoy.myplugin-1/lib/arm64, /vendor/lib64, /system/lib64]]]
01-13 14:43:48.054 13645-13645/? D/Rayman: PluginTest ShowPluginMsg msg = This is invoke Plugin method...

LOG中的最后一句，就是我们在PluginTest.java中打印出来的，到这儿说明在宿主APP中成功的调用了插件APP中的代码。

需要知道插件代码的包名，类名，方法名，以及参数，并不需要安装插件APP，就可以通过ClassLoader加载dex文件，再利用反射调用插件代码，只需要dex文件就实现了免安装调用app代码的功能。

本章节讲述的是通过dex文件加载调用插件APP的代码，到这儿就暂时结束了，下一章节会讲述ClassLoader类加载机制，双亲委托机制，不用生成dex文件，只需要插件APK就可以通过ClassLoader和反射调用插件APP的代码。

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