Android插件化探索免安装运行Activity（上）

Posted 2020-07-15 maplejaw_

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【Android插件化探索（一）类加载器DexClassLoader】
【Android插件化探索（二）资源加载】

前情提要

在上一篇中有一个细节没有提到，那就是getResourcesForApplication和AssetManager的区别。

getResourcesForApplication

getResourcesForApplication(String packageName)，很显然需要传入一个包名，换言之，这个插件必须已经被安装在系统内，然后才能通过包名来获取资源。你可能会想，不安装照样可以获取包名啊。的确，通过pm.getPackageArchiveInfo()可以获取安装包信息。但是，这些包都是没有在PMS中注册的。如果仍然这样获取，会提示如下错误。

android.content.pm.PackageManager$NameNotFoundException: com.maplejaw.hotplugin

现在我们就从源码角度来分析getResourcesForApplication。源码在ApplicationPackageManager中，如下：

    @Override
    public Resources getResourcesForApplication(String appPackageName)
            throws NameNotFoundException {
        return getResourcesForApplication(
            getApplicationInfo(appPackageName, sDefaultFlags));
    }

可以看出内部调用了重载方法。getApplicationInfo返回的是ApplicationInfo对象。

    @Override
    public Resources getResourcesForApplication(@NonNull ApplicationInfo app){

        //...
        //省略了部分源码
        final Resources r = mContext.mMainThread.getTopLevelResources(
                sameUid ? app.sourceDir : app.publicSourceDir,
                sameUid ? app.splitSourceDirs : app.splitPublicSourceDirs,
                app.resourceDirs, app.sharedLibraryFiles, Display.DEFAULT_DISPLAY,
                null, mContext.mPackageInfo);
        if (r != null) {
            return r;
        }

    }

最终走的仍旧是ActivityThread的getTopLevelResources，ActivityThread里面的相关源码我就不分析了，跟上一篇是一样的也是调用ResourcesManager中的getTopLevelResources，这里不做赘述。

现在我们主要来看看getApplicationInfo里面做了什么？

  @Override
public ApplicationInfo getApplicationInfo(String packageName, int flags) throws NameNotFoundException {
      ApplicationInfo ai =   mPM.getApplicationInfo(packageName, flags, mContext.getUserId());
        //...
        //省略了部分源码
        throw new NameNotFoundException(packageName);
    }

mPM的初始化源码如下，可以看出是一个PMS（PackageManagerService）对象。

    public static IPackageManager getPackageManager() {
        if (sPackageManager != null) {
            return sPackageManager;
        }
        IBinder b = ServiceManager.getService("package");
        sPackageManager = IPackageManager.Stub.asInterface(b);
        return sPackageManager;
    }

继续深究，找出PMS中相关源码。

@Override
    public ApplicationInfo getApplicationInfo(String packageName, int flags, int userId) {
        if (!sUserManager.exists(userId)) return null;
        enforceCrossUserPermission(Binder.getCallingUid(), userId, false, "get application info");
        // writer
        synchronized (mPackages) {
            PackageParser.Package p = mPackages.get(packageName);
            if (DEBUG_PACKAGE_INFO) Log.v(
                    TAG, "getApplicationInfo " + packageName
                    + ": " + p);
            if (p != null) {
                PackageSetting ps = mSettings.mPackages.get(packageName);
                if (ps == null) return null;
                // Note: isEnabledLP() does not apply here - always return info
                return PackageParser.generateApplicationInfo(
                        p, flags, ps.readUserState(userId), userId);
            }
            if ("android".equals(packageName)||"system".equals(packageName)) {
                return mAndroidApplication;
            }
            if ((flags & PackageManager.GET_UNINSTALLED_PACKAGES) != 0) {
                return generateApplicationInfoFromSettingsLPw(packageName, flags, userId);
            }
        }
        return null;
    }

可以看出会去mPackages中找，然而根本就找不到，因为根本就没有安装。

AssetManager

AssetManager这里就不做赘述了，上一篇已经简单看过，可以直接指定目录。换言之，也就更加灵活。

从上面可以看出，AssetManager比getResourcesForApplication要灵活很多，使用场景也更广。

免安装运行Activity（上）

看完了前面的部分，我们知道可以通过DexClassLoader来加载类，通过AssetManager可以来加载资源。可是现在问题来了，怎么运行一个未安装APK中的Activity？Activity不仅有类有资源，最最重要的是，它有生命！。

我们先来看看按照之前的写法会发生什么状况吧，首先在插件的PluginClass中加入启动Activity的代码如下：

    public void startPluginActivity(Context context, Class<?> cls) {
        Intent intent=new Intent(context,cls);
        context.startActivity(intent);
    }

  public void startPluginActivity(Context context) {
        Intent intent=new Intent(context,PluginActivity.class);
        context.startActivity(intent);
    }

然后修改核心测试代码,分别测试两种形式。

    private void useDexClassLoader(String path){
        loadResources(path);
        File codeDir=getDir("dex", Context.MODE_PRIVATE);

        //创建类加载器，把dex加载到虚拟机中
        ClassLoader classLoader = new DexClassLoader(path,codeDir.getAbsolutePath() ,null,
                this.getClass().getClassLoader());
        //获得包管理器
        PackageManager pm = getPackageManager();
        PackageInfo packageInfo=pm.getPackageArchiveInfo(path,PackageManager.GET_ACTIVITIES);
        String packageName=packageInfo.packageName;

        try {
            Class<?> clazz = classLoader.loadClass(packageName+".PluginClass");
            Comm obj = (Comm) clazz.newInstance();
            obj.startPluginActivity(this,classLoader.loadClass(packageName+".PluginActivity"));
          //  obj.startPluginActivity(this);

        } catch (IllegalAccessException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (InstantiationException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

果然没有想象中那么轻松，直接报错提示。

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

提示找不到Activity，是否在AndroidManifest.xml中声明？说的也是，并没有在宿主APK中进行声明啊，插件APK的清单是没有效果的。于是怀着满满的自信在AndroidManifest.xml中加入声明。

  <activity android:name="com.maplejaw.hotplugin.PluginActivity"/>

笔者心想，这回应该可以了吧，再次运行测试。WTF！又报错。

java.lang.RuntimeException: Unable to instantiate activity ComponentInfo{com.maplejaw.hotfix/com.maplejaw.hotplugin.PluginActivity}: java.lang.ClassNotFoundException: Didn't find class "com.maplejaw.hotplugin.PluginActivity" on path: DexPathList[[zip file "/data/app/com.maplejaw.hotfix-2/base.apk"],nativeLibraryDirectories=[/vendor/lib64, /system/lib64]]

从打印信息可以看出提示没有找到该类。这就奇怪了，明明可以找到PluginClass类，为什么提示找不到PluginActivity这个类呢？简直没有道理啊。

为了进行对比，笔者故意修改核心测试代码去加载一个不存在的PluginClass2类，看看有什么提示。

java.lang.ClassNotFoundException: Didn't find class "com.maplejaw.hotplugin.PluginClass2" on path: DexPathList[[zip file "/storage/emulated/0/2.apk"],nativeLibraryDirectories=[/vendor/lib64, /system/lib64]]

同样提示找不到该类。
但是！！！注意看DexPathList这里，它们指向的dex目录居然不一样。换言之，它们两个的ClassLoader不是同一个。
我们先不想其他问题，暂时不去研究startActivity的源码（下篇探索动态代理会进行研究）。我们先来想一个解决思路，有没有一种方法可以将dex目录指向到插件APK的dex？

替换ClassLoader

要更改dex目录指向谈何容易啊，更何况还要同时兼顾两个dex目录。幸亏ClassLoader遵循着双亲委托原则，让这一切变得不是特别困难。

还记得我们在第一篇DexClassLoader中提到过，一个BaseClassLoader对应一个DexPathList 吗？

public BaseDexClassLoader(String dexPath, File optimizedDirectory,String libraryPath, ClassLoader parent) {
        super(parent);
        this.pathList = new DexPathList(this, dexPath, libraryPath, optimizedDirectory);
    }

那么我们把启动Activity的那个ClassLoader替换成我们的，不就间接的改变了dex目录指向吗？你可能会担心，替换成我们的ClassLoader，那宿主APK中的类还找得到吗？由于双亲委托原则，会首先从父ClassLoader中去找，只要我们的父ClassLoader是默认的系统ClassLoader即可。

所以，我们现在的任务是要把ClassLoader替换掉，翻了翻源码，发现ClassLoader对象在LoadedApk中

而ActivityThread中有着相关引用。

于是做了如下反射替换。

private void replaceClassLoader(ClassLoader dLoader,String resPath){
        try{
            String packageName = this.getPackageName();
            ClassLoader loader=ClassLoader.getSystemClassLoader();
            Class<?> loadApkCls =loader.loadClass("android.app.LoadedApk");
            Class<?> activityThreadCls =loader.loadClass("android.app.ActivityThread");

            //获取ActivityThread对象
            Method currentActivityThreadMethod=activityThreadCls.getMethod("currentActivityThread");
            Object currentActivityThread= currentActivityThreadMethod.invoke(null);
            //反射获取mPackages中的LoadedApk
            Field filed=activityThreadCls.getDeclaredField("mPackages");
            filed.setAccessible(true);
            Map mPackages= (Map) filed.get(currentActivityThread);
            WeakReference wr = (WeakReference) mPackages.get(packageName);
             //反射修改LoadedApk中的mClassLoader
            Field classLoaderFiled=loadApkCls.getDeclaredField("mClassLoader");
            classLoaderFiled.setAccessible(true);
            classLoaderFiled.set(wr.get(),dLoader);


        }catch(Exception e){
           e.printStackTrace();
        }

    }

插件Activity的代码如下：

public class PluginActivity extends AppCompatActivity {

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_plugin);
        Log.i("JG",  "包名："+getPackageName());
        Log.w("JG",  "代码路径："+getPackageCodePath());
        Log.e("JG",  "资源路径："+getPackageResourcePath());

    }

    @Override
    protected void onStart() {
        super.onStart();
        Log.d("JG","onStart");
    }

    @Override
    protected void onResume() {
        super.onResume();
        Log.d("JG","onResume");
    }

    @Override
    protected void onPause() {
        super.onPause();
        Log.d("JG","onPause");
    }

    @Override
    protected void onStop() {
        super.onStop();
        Log.d("JG","onStop");
    }

    @Override
    protected void onDestroy() {
        super.onDestroy();
        Log.d("JG","onDestroy");
    }

运行测试通过，Activity是能启动了，生命周期完全正常，但是发现资源却完全加载不了，一片白（也有加载到宿主界面的，那是因为资源id刚好和插件的重复）！控制台打印信息如下：

可以看出代码路径和资源路径全部指向了宿主APK，即使使用loadResources也完全没有效果，因为一个Activity一个Context，我们的loadResources只对那个Activity的Context有效果。迫不得已，又去翻看了源码，最后在上面的反射基础中加入如下反射修改LoadedApk中的mResDir代码。

 //反射修改LoadedApk中的资源目录
            Field filed2=loadApkCls.getDeclaredField("mResDir");
            filed2.setAccessible(true);
            filed2.set(wr.get(),resPath);

测试，启动成功，加载出插件的界面。查看控制台，发现成功修改资源目录，生命周期完全正常。

但是呢，这种方法是有弊端的，因为反射导致它彻底改变了资源目录，假如你要回到宿主Activity还要重新切换目录才行。不由得想，要是资源也有双亲委托该有多好啊。

合并DexPathList

这种方式类似于热修复方案。将插件的dexElements插入到系统的dexElements中，这样我们启动Activity时就不会提示找不到该类。在第一篇中，我们简单看过DexPathList源码，现在再来回顾下。
首先，一个ClassLoader一个DexPathList。

然后，一个DexPathList中含有一个dexElements数组

最后，加载类时从dexElements数组中遍历。

好了，思路很清晰，通过反射，将插件的dexElements与宿主的合并，并赋值给宿主的dexPathList。
实现方案如下：

    private void combinePathList(ClassLoader loader){
        //获取系统的classloader
        PathClassLoader pathLoader = (PathClassLoader) getClassLoader();

        try {
            //反射dexpathlist
            Field pathListFiled = Class.forName("dalvik.system.BaseDexClassLoader").getDeclaredField("pathList");
            pathListFiled.setAccessible(true);
            //反射dexElements
            Field dexElementsFiled=Class.forName("dalvik.system.DexPathList").getDeclaredField("dexElements");
            dexElementsFiled.setAccessible(true);
            //获取系统的pathList
            Object pathList1= pathListFiled.get(pathLoader);
            //获取系统的dexElements
            Object dexElements1=dexElementsFiled.get(pathList1);

            //获取插件的pathlist
            Object pathList2= pathListFiled.get(loader);
            //获取插件的dexElements
            Object dexElements2=dexElementsFiled.get(pathList2);
            //合并dexElements
            Object combineDexElements=combineArray(dexElements1,dexElements2);
            //设置给系统的dexpathlist
            dexElementsFiled.set(pathList1,combineDexElements);

        } catch (IllegalArgumentException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (IllegalAccessException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (NoSuchFieldException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }



   //合并两个数组，返回一个新数组
    private static Object combineArray(Object arrayLhs, Object arrayRhs) {
        Class<?> localClass = arrayLhs.getClass().getComponentType();
        int i = Array.getLength(arrayLhs);
        int j = i + Array.getLength(arrayRhs);
        Object result = Array.newInstance(localClass, j);
        for (int k = 0; k < j; ++k) {
            if (k < i) {
                Array.set(result, k, Array.get(arrayLhs, k));
            } else {
                Array.set(result, k, Array.get(arrayRhs, k - i));
            }
        }
        return result;
    }

测试通过，成功启动Activity。
但是，同样需要在清单文件注册，同样加载不了资源。仍然需要去反射替换掉LoadedApk中的资源目录。

源码下载地址：https://github.com/maplejaw/HotPluginDemo

最后

关于上面启动免安装Activity的方案，可以看出存在很明显的缺陷，首先，需要在清单文件提前注册，此外资源反射修改也很蛋疼。如果不想用反射，我们可以提前将资源内置于宿主中，或者纯用JAVA代码来写。

但是，这两种方案总归很麻烦。有没有更好的方案呢？没错，就是动态代理！
下一篇准备探索动态代理启动Activity。