android--动态加载插件化

Posted 2022-11-27 Gjson

何为动态加载、插件化？

需求驱动

随着业务发展需要和无线部门的拆分，各业务产品模块归属到各业务BU，原有无线App开发团队被分为基础框架、业务A、业务B、业务C等多个开发团队，从此App的开发和发布进入了一个全新模式。在这种模式下，开发沟通成本大大提高，之前的协作模式难以为继，需要新的开发模式和技术解决需求问题。

另一方面，从技术上来说65535方法数问题。旧方案是把所有第三方库放到第二个dex中，并且利用Facebook当年发现的hack方法扩大点LinearAllocHdr分配空间（5M提升到8M），但随着代码的膨胀，旧方案也逐渐捉襟见肘。拆or不拆，根本不是可考虑问题，继续拆分dex是我们的唯一出路。问题在于：怎么拆才比较聪明？

其次，随着组织架构调整的影响，给我们的App质量控制带来极高的挑战，这种紧张和压力让我们的开发团队心力憔悴。此时除了流着口水羡慕前端同事们的在线更新持续发布能力之外，难道就没有办法解决Native架构这一根本性缺陷了吗？NO！插件化动态加载带来的额外好处就是客户端的热部署能力。

从以上几点根本性需求可以看出，插件化动态加载架构方案会为我们带来多么巨大的收益，除此之外还有诸多好处

为什么开发者有需要？

contextimpl初始微程序装载

1. 模块解耦
2. 动态升级
3. 高效并行开发(编译速度更快) 
4. 按需加载，内存占用更低等等。

          Initial Microprogram Loading

编译速度提升

工程被拆分为十来个子工程之后，android Studio编译流程繁冗的缺点被迅速放大，在Win7机械硬盘开发机上编译时间曾突破1小时，令人发指的龟速编译让开发人员叫苦不迭（当然现在换成Mac+SSD快太多）。

启动速度提升

Google提供的MultiDex方案，会在主线程中执行所有dex的解压、dexopt、加载操作，这是一个非常漫长的过程，用户会明显的看到长久的黑屏，更容易造成主线程的ANR，导致首次启动初始化失败。

A/B Testing

可以独立开发AB版本的模块，而不是将AB版本代码写在同一个模块中。

可选模块按需下载

​例如用于调试功能的模块可以在需要时进行下载后进行加载，减少App Size

具体怎么做？

动态加载主要有两个需要解决的复杂问题：资源的访问管理和activity生命周期的管理

下面具体分析一下这个DynamicLoadApk

DynamicLoadApk 提供了 3 种开发方式，让开发者在无需理解其工作原理的情况下快速的集成插件化功能。

1. 宿主程序与插件完全独立
2. 宿主程序开放部分接口供插件与之通信
3. 宿主程序耦合插件的部分业务逻辑

三种开发模式都可以在 demo 中看到。

1.2 核心概念

(1) 宿主：主 App，可以加载插件，也称 Host。
(2) 插件：插件 App，被宿主加载的 App，也称 Plugin，可以是跟普通 App 一样的 Apk 文件。

(3) 组件：指 Android 中的Activity、Service、BroadcastReceiver、ContentProvider，目前 DL 支持Activity、Service以及动态的BroadcastReceiver。

(4) 插件组件：插件中的组件。

(5) 代理组件：在宿主的 Manifest 中注册，启动插件组件时首先被启动的组件。目前包括 DLProxyActivity(代理 Activity)、DLProxyFragmentActivity(代理 FragmentActivity)、DLProxyService(代理 Service)。

(6) Base 组件：插件组件的基类，目前包括 DLBasePluginActivity(插件 Activity 的基类)、DLBasePluginFragmentActivity(插件 FragmentActivity 的基类)、DLBasePluginService(插件 Service 的基类)。

DynamicLoadApk 原理的核心思想可以总结为两个字：代理。通过在 Manifest 中注册代理组件，当启动插件组件时首先启动一个代理组件，然后通过这个代理组件来构建、启动插件组件。

2. 总体设计

上面是 DynamicLoadApk 的总体设计图，DynamicLoadApk 主要分为四大模块：
(1) DLPluginManager
插件管理模块，负责插件的加载、管理以及启动插件组件。
(2) Proxy
代理组件模块，目前包括 DLProxyActivity(代理 Activity)、DLProxyFragmentActivity(代理 FragmentActivity)、DLProxyService(代理 Service)。
(3) Proxy Impl
代理组件公用逻辑模块，与(2)中的 Proxy 不同的是，这部分并不是一个组件，而是负责构建、加载插件组件的管理器。这些 Proxy Impl 通过反射得到插件组件，然后将插件与 Proxy 组件建立关联，最后调用插件组件的 onCreate 函数进行启动。
(4) Base Plugin
插件组件的基类模块，目前包括 DLBasePluginActivity(插件 Activity 的基类)、DLBasePluginFragmentActivity(插件 FragmentActivity 的基类)、DLBasePluginService(插件 Service 的基类)。

3. 流程图

上面是调用插件 Activity 的流程图，其他组件调用流程类似。
(1) 首先通过 DLPluginManager 的 loadApk 函数加载插件，这步每个插件只需调用一次。
(2) 通过 DLPluginManager 的 startPluginActivity 函数启动代理 Activity。
(3) 代理 Activity 启动过程中构建、启动插件 Activity。

4. 详细设计

4.1 类关系图

以上是 DynamicLoadApk 主要类的关系图，跟总体设计中介绍的一样大致分为三部分。
(1) 对于 Proxy 部分，每个组件都存在 DLAttachable 接口，方便统一该组件不同类，如 Activity、FragmentActivity。每个组件的公共实现部分都统一放到了对应的 DLProxyImpl 中。
(2) 对于 Base Plugin 部分，每个组件都存在 DLPlugin 接口，同样是方便统一该组件不同类。

4.2 类功能介绍

4.2.1 DLPluginManager.java

DynamicLoadApk 框架的核心类，主要功能包括：
(1) 插件的加载和管理；
(2) 启动插件的组件，目前包括 Activity、Service。

主要属性：
mNativeLibDir为插件 Native Library 拷贝到宿主中后的存放目录路径。
mPackagesHolder HashMap，key 为包名，value 为表示插件信息的DLPluginPackage，存储已经加载过的插件信息。

主要函数：
(1) getInstance(Context context)
获取 DLPluginManager 对象的单例。
在私有构造函数中将mNativeLibDir变量赋值为宿主 App 应用程序数据目录下名为pluginlib子目录的全路径。

(2) loadApk(String dexPath)
加载插件。参数 dexPath 为插件的文件路径。
这个函数直接调用 loadApk(final String dexPath, boolean hasSoLib)。

(3) loadApk(final String dexPath, boolean hasSoLib)
加载插件 Apk。参数 dexPath 为插件的文件路径，hasSoLib 表示插件是否含有 so 库。

注意：在启动插件的组件前，必须先调用上面两个函数之一加载插件，并且只能在宿主中调用。

流程图如下：

loadApk 函数调用 preparePluginEnv 函数加载插件，图中虚线框为 preparePluginEnv 的流程图。

(4) preparePluginEnv(PackageInfo packageInfo, String dexPath)
加载插件及其资源。流程图如上图。
调用createDexClassLoader(…)、createAssetManager(…)、createResources(…)函数完成相应初始化部分。

(5) createDexClassLoader(String dexPath)
利用DexClassLoader加载插件，DexClassLoader 初始化函数如下：

public DexClassLoader (String dexPath, String optimizedDirectory, String libraryPath, ClassLoader parent)

其中dexPath为插件的路径。
optimizedDirectory优化后的dex存放路径。这里将路径设置为当前 App 应用程序数据目录下名为dex的子目录中。
libraryPath为 Native Library 存放的路径。这里将路径设置为mNativeLibDir属性，其在getInstance(Context)函数中已经初始化。
parent父 ClassLoader，ClassLoader 采用双亲委托模式查找类，具体加载方式可见 ClassLoader 基础。

(6) createAssetManager(String dexPath)
创建 AssetManager，加载插件资源。
在 Android 中，资源是通过 R.java 中的 id 来调用访问的。但是实现插件化之后，宿主是无法通过 R 文件访问插件的资源，所以这里使用反射来生成属于插件的AssetManager，并利用addAssetPath函数加载插件资源。

    private AssetManager createAssetManager(String dexPath) 
        try 
            AssetManager assetManager = AssetManager.class.newInstance();
            Method addAssetPath = assetManager.getClass().getMethod("addAssetPath", String.class);
            addAssetPath.invoke(assetManager, dexPath);
            return assetManager;
         catch (Exception e) 
            e.printStackTrace();
            return null;
        

    

AssetManager 的无参构造函数以及addAssetPath函数都被hide了，通过反射调用。

(7) createResources(AssetManager assetManager)
利用AssetManager中已经加载的资源创建Resources，代理组件中会从这个Resources中读取资源。
关于AssetManager、Resources深入的信息可参考：Android 应用程序资源的查找过程分析。

(8) copySoLib(String dexPath)
调用SoLibManager拷贝 so 库到 Native Library 目录。

(9) startPluginActivity(Context context, DLIntent dlIntent)
启动插件 Activity，会直接调用startPluginActivityForResult(…)函数。
插件自己内部 Activity 启动依然是调用Context#startActivity(…)方法。

(10) startPluginActivityForResult(Context context, DLIntent dlIntent, int requestCode)
启动插件 Activity，流程图如下：

(11) startPluginService(final Context context, final DLIntent dlIntent)
启动插件 Service。
主要逻辑在函数fetchProxyServiceClass(…)中，流程与startPluginActivity(…)类似，只是换成了回调的方式，在各种条件成立后调用原生方式启动代理 Service，不再赘述。

(12) bindPluginService(…) unBindPluginService(…)
bind 或是 unBind 插件 Service。逻辑与startPluginService(…)类似，不再赘述。

4.2.2 DLPluginPackage

插件信息对应的实体类，主要属性如下：

    public String packageName;

    public String defaultActivity;

    public DexClassLoader classLoader;

    public AssetManager assetManager;

    public Resources resources;

    public PackageInfo packageInfo;

packageName为插件的包名；
defaultActivity为插件的 Launcher Main Activity；
classLoader为加载插件的 ClassLoader；
assetManager为加载插件资源的 AssetManager；
resources利用assetManager中已经加载的资源创建的Resources，代理组件中会从这个Resources中读取资源。
packageInfo被PackageManager解析后的插件信息。
这些信息都会在DLPluginManager#loadApk(…)时初始化。

4.2.3 DLAttachable.java/DLServiceAttachable.java

DLServiceAttachable 与 DLAttachable 类似，下面先分析 DLAttachable.java。

DLAttachable 是一个接口，主要作用是以统一所有不同类型的代理 Activity，如DLProxyActivity、DLProxyFragmentActivity，方便作为同一接口统一处理。
DLProxyActivity和DLProxyFragmentActivity都实现了这个类。

DLAttachable 目前只有一个

attach(DLPlugin pluginActivity, DLPluginManager pluginManager)

抽象函数，表示将插件Activity和代理Activity绑定在一起，其中的pluginActivity参数就是指插件Activity。

同样 DLServiceAttachable 类似，作用是统一所有不同类型的代理 Service，实现插件Service和代理Service的绑定。虽然目前只有DLProxyService。

4.2.4 DLPlugin.java/DLServicePlugin.java

DLPlugin 与 DLServicePlugin 类似，下面先分析 DLPlugin.java。

DLPlugin 是一个接口，包含Activity生命周期、触摸、菜单等抽象函数。
DLBase*Activity 都实现了这个类，这样插件的 Activity 间接实现了此类。
主要作用是统一所有不同类型的插件 Activity，如Activity、FragmentActivity，方便作为同一接口统一处理，所以这个类叫DLPluginActivity更合适。

同样 DLServicePlugin 主要作用是统一所有不同类型的插件 Service，方便作为统一接口统一处理，目前包含Service生命周期等抽象函数。

4.2.5 DLProxyActivity.java/DLProxyFragmentActivity.java

代理 Activity，他们是在宿主 Manifest 中注册的组件，也是启动插件 Activity 时，真正被启动的 Activity，他们的内部会完成插件 Activity 的初始化和启动。

这两个类大同小异，所以这里只分析DLProxyActivity。

首先来看下它的成员变量。
(1). DLPlugin mRemoteActivity
表示真正需要启动的插件Activity。这个属性名应该叫做pluginActivity更合适。
上面我们已经介绍了，DLPlugin是所有插件Activity都间接实现了的接口。

接下来在代理Activity的生命周期、触摸、菜单等函数中我们都会同时调用 mRemoteActivity 的相关函数，模拟插件Activity的相关功能。

(2). DLProxyImpl impl
主要封装了插件Activity的公用逻辑，如初始化插件 Activity 并和代理 Activity 绑定、获取资源等。

4.2.6 DLProxyImpl.java/DLServiceProxyImpl.java

DLProxyImpl 与 DLServiceProxyImpl 类似，下面先分析 DLProxyImpl.java。

DLProxyImpl 主要封装了插件Activity的公用逻辑，如初始化插件 Activity 并和代理 Activity 绑定、获取资源等，相当于把DLProxyActivity和DLProxyFragmentActivity的公共实现部分提出出来，核心逻辑位于下面介绍的 onCreate() 函数。

主要函数：
(1) DLProxyImpl(Activity activity)
构造函数，参数为代理 Activity。

(2) public void onCreate(Intent intent)
onCreate 函数，会在代理 Activity onCreate 函数中被调用，流程图如下：

其中第一步设置 intent 的 ClassLoader是用于 unparcel Parcelable 数据的，可见介绍：android.os.BadParcelableException。

(3) protected void launchTargetActivity()
加载待启动插件 Activity 完成初始化流程，并通过DLPlugin和DLAttachable接口的 attach 函数实现和代理 Activity 的双向绑定。流程图见上图虚线框部分。

(4) private void initializeActivityInfo()
获得待启动插件的 ActivityInfo。

(5) private void handleActivityInfo()
设置代理 Activity 的主题等信息。

其他的 get* 函数都是获取一些插件相关信息，会被代理 Activity 调用。

同样 DLServiceProxyImpl 主要封装了插件Service的公用逻辑，如初始化插件 Service 并和代理 Activity 绑定。

4.2.7 DLBasePluginActivity.java/DLBasePluginFragmentActivity.java

插件 Activity 基类，插件中的Activity都要继承 DLBasePluginActivity/DLBasePluginFragmentActivity 之一(目前尚不支持 ActionBarActivity)。

主要作用是根据是否被代理，确定一些函数直接走父类逻辑还是代理 Activity 或是空逻辑。

DLBasePluginActivity继承自Activity，同时实现了DLPlugin接口。这两个类大同小异，所以这里只分析DLBasePluginActivity。
主要变量：

    protected Activity mProxyActivity;

    protected Activity that;

    protected DLPluginManager mPluginManager;

    protected DLPluginPackage mPluginPackage;

mProxyActivity为代理 Activity，通过attach(…)函数绑定。
that与mProxyActivity等同，只是为了和this指针区分，表示真实的Context，这里真实指的是被代理情况下为代理 Activity，未被代理情况下等同于 this。

4.2.8 DLBasePluginService.java

插件 Service 基类，插件中的 Service 要继承这个基类，主要作用是根据是否被代理，确定一些函数直接走父类逻辑还是代理 Service 或是空逻辑。

主要变量含义与DLBasePluginActivity类似，不重复介绍。
PS：截止目前这个类还是不完善的，至少和DLBasePluginActivity对比，还不支持非代理的情况

4.2.9 DLIntent.java

继承自 Intent，封装了待启动组件的 PackageName 和 ClassName。

4.2.10 SoLibManager.java

调用SoLibManager拷贝 so 库到 Native Library 目录。

主要函数：
(1) copyPluginSoLib(Context context, String dexPath, String nativeLibDir)
函数中以ZipFile形式加载插件，循环读取其中的文件，如果为.so结尾文件、符合当前平台 CPU 类型且尚未拷贝过最新版，则新建Runnable拷贝 so 文件。

4.2.11 DLUtils.java

这个类中大都是无用或是不该放在这里的函数，也许是大版本升级及维护人过多后对工具函数的维护不够所致。

5. 杂谈

5.1 插件不能打包 dl-lib.jar

原因是插件和宿主属于不同的 ClassLoader，如果同时打包 dl-lib.jar，会因为 ClassLoader 隔离导致类型转换错误，具体可见：ClassLoader 隔离

Eclipse 打包解决方式见项目主页；
Android Studio 打包解决方式见 5.2；
Ant 打包需要修改 build.xml 中 dex target 引用到的 compileclasspath 属性。

5.2 在 Android Studio 下使用 DynamicLoadApk

在使用 DynamicLoadApk 时有个地方要注意，就是插件 Apk 在打包的时候不能把 dl-lib.jar 文件打包进去，不然会报错(java.lang.IllegalAccessError: Class ref in pre-verified class resolved to unexpected implementation)。换句话说，dl-lib.jar 要参与编译，但不参与打包。该框架作者已经给出了 Eclipse 下的解决方案。我这里再说下怎么在 Android Studio 里使用。

    dependencies 
        provided fileTree(dir: 'dl-lib', include: ['*.jar'])
    

5.3 DynamicLoadApk 待完善的问题

(1) 还未支持广播；
(2) Base Plugin 中的 that 还未去掉，需要覆写 Activity 的相关方法；
(3) 插件和宿主资源 id 可能重复的问题没有解决，需要修改 aapt 中资源 id 的生成规则；
(4) 不支持自定义主题，不支持系统透明主题；
(5) 插件中的 so 处理有异常；
(6) 不支持静态 Receiver；
(7) 不支持 Provider；
(8) 插件不能直接用 this；

5.4 其他插件化方案

除了 DynamicLoadApk 用代理的方式实现外，目前还有两种插件化方案：
(1) 用 Fragment 以及 schema 的方式实现。
(2) 利用字节码库动态生成一个插件类 A 继承自待启动插件 Activity，启动插件 A。这个插件 A 名称固定且已经在 Manifest 中注册。
具体可见：Android 插件化

最后 混合式开发的模式越来越多，也能解决插件化解决的自动升级这部分功能，硬件、网络也在改善，未来何如？