基于Proxy思想的Android插件框架

意义

研究插件框架的意义在于下面几点：

  • 减小安装包的体积，通过网络选择性地进行插件下发
  • 模块化升级。减小网络流量
  • 静默升级，用户无感知情况下进行升级
  • 解决低版本号机型方法数超限导致无法安装的问题
  • 代码解耦

现状

Android中关于插件框架的技术已经有过不少讨论和实现。插件通常打包成apk或者dex的形式。

dex形式的插件往往提供了一些功能性的接口，这样的方式类似于java中的jar形式。仅仅是因为Android的Dalvik VM无法直接动态载入Java的Byte Code，所以须要我们提供Dalvik Byte Code。而dex就是Dalvik Byte Code形式的jar。

apk形式的插件提供了比dex形式很多其它的功能，比如能够将资源打包进apk。也可实现插件内的Activity或者Service等系统组件。

本文主要讨论apk形式的插件框架。对于apk形式又存在安装和不安装两种方式

  • 安装apk的方式实现相对简单。主要原理是通过将插件apk和主程序共享一个UserId，主程序通过createPackageContext构造插件的context，通过context就可以訪问插件apk中的资源，非常多app的主题框架就是通过安装插件apk的形式实现。比如Go主题。这样的方式的缺点就是须要用户手动安装，体验并非非常好。

  • 不安装apk的方式攻克了用户手动安装的缺点，但实现起来比較复杂，主要通过DexClassloader的方式实现。同一时候要解决怎样启动插件中Activity等Android系统组件。为了保证插件框架的灵活性，这些系统组件不太好在主程序中提前声明，实现插件框架真正的难点在此。

DexClassloader

这里引用《深入理解Java虚拟机：JVM高级特性与最佳实践》第二版里对java类载入器的一段描写叙述：

虚拟机设计团队把类载入阶段中的“通过一个类的全限定名来获取描写叙述此类的二进制字节流”这个动作放到Java虚拟机外部去实现，以便让应用程序自己决定怎样去获取所须要的类。实现这个动作的代码模块称为“类载入器”。

Android虚拟机的实现參考了java的JVM。因此在Android中载入类也用到了类载入器的概念，仅仅是相对于JVM中载入器载入class文件而言。Android的Dalvik虚拟机载入的是Dex格式，而详细完毕Dex载入的主要是PathClassloader和Dexclassloader。

PathClassloader默认会读取/data/dalvik-cache中缓存的dex文件，未安装的apk假设用PathClassloader来载入，那么在/data/dalvik-cache文件夹下找不到相应的dex。因此会抛出ClassNotFoundException。

DexClassloader能够载入随意路径下包括dex和apk文件，通过指定odex生成的路径，可载入未安装的apk文件。

以下一段代码展示了DexClassloader的用法：

final File optimizedDexOutputPath = context.getDir("odex", Context.MODE_PRIVATE);
try{
    DexClassLoader classloader = new DexClassLoader("apkPath",
            optimizedDexOutputPath.getAbsolutePath(),
            null, context.getClassLoader());
    Class<?> clazz = classloader.loadClass("com.plugindemo.test");
    Object obj = clazz.newInstance();
    Class[] param = new Class[2];
    param[0] = Integer.TYPE;
    param[1] = Integer.TYPE;
    Method method = clazz.getMethod("add", param);
    method.invoke(obj, 1, 2);
}catch(InvocationTargetException e){
    e.printStackTrace();
}catch(NoSuchMethodException e){
    e.printStackTrace();
}catch(IllegalAccessException e){
    e.printStackTrace();
}catch(ClassNotFoundException e){
    e.printStackTrace();
}catch (InstantiationException e){
    e.printStackTrace();
}

DexClassloader攻克了类的载入问题，假设插件apk里仅仅是一些简单的API调用。那么上面的代码已经能满足需求。只是这里讨论的插件框架还须要解决资源訪问和Android系统组件的调用。

插件内系统组件的调用

Android Framework中包括Activity。Service，Content Provider以及BroadcastReceiver等四大系统组件。这里主要讨论怎样在主程序中启动插件中的Activity。其他3种组件的调用方式类似。

大家都知道Activity须要在AndroidManifest.xml中进行声明。apk在安装的时候PackageManagerService会解析apk中的AndroidManifest.xml文件，这时候就决定了程序包括的哪些Activity，启动未声明的Activity会报ActivityNotFound异常。相信大部分Android开发人员以前都遇到过这个异常。

启动插件里的Activity必定会面对怎样在主程序中的AndroidManifest.xml中声明这个Activity，然而为了保证插件框架的灵活性。我们是无法预知插件中有哪些Activity，所以也无法提前声明。

为了解决上述问题，这里介绍一种基于Proxy思想的解决方法，大致原理是在主程序的AndroidManifest.xml中声明一些ProxyActivity。启动插件中的Activity会转为启动主程序中的一个ProxyActivity。ProxyActivity中全部系统回调都会调用插件Activity中相应的实现，最后的效果就是启动的这个Activity实际上是主程序中已经声明的一个Activity，可是相关代码运行的却是插件Activity中的代码。这就攻克了插件Activity未声明情况下无法启动的问题，从上层来看启动的就是插件中的Activity。以下详细分析整个过程。

PluginSDK

全部的插件和主程序须要依赖PluginSDK进行开发，全部插件中的Activity继承自PluginSDK中的PluginBaseActivity。PluginBaseActivity继承自Activity并实现了IActivity接口。

public interface IActivity {
    public void IOnCreate(Bundle savedInstanceState);

    public void IOnResume();

    public void IOnStart();

    public void IOnPause();

    public void IOnStop();

    public void IOnDestroy();

    public void IOnRestart();

    public void IInit(String path, Activity context, ClassLoader classLoader, PackageInfo packageInfo);
}
public class PluginBaseActivity extends Activity implements IActivity {
    ...
    private Activity mProxyActivity;
    ...
    
    @Override
    public void IInit(String path, Activity context, ClassLoader classLoader) {
        mProxy = true;
        mProxyActivity = context;

        mPluginContext = new PluginContext(context, 0, path, classLoader);
        attachBaseContext(mPluginContext);
    }
    
    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        if (mProxy) {
            mRealActivity = mProxyActivity;
        } else {
            super.onCreate(savedInstanceState);
            mRealActivity = this;
        }
    }

    @Override
    public void setContentView(int layoutResID) {
        if (mProxy) {
            mContentView = LayoutInflater.from(mPluginContext).inflate(layoutResID, null);
            mRealActivity.setContentView(mContentView);
        } else {
            super.setContentView(layoutResID);
        }
    }

    ...

    @Override
    public void IOnCreate(Bundle savedInstanceState) {
        onCreate(savedInstanceState);
    }

    @Override
    public void IOnResume() {
        onResume();
    }

    @Override
    public void IOnStart() {
        onStart();
    }

    @Override
    public void IOnPause() {
        onPause();
    }

    @Override
    public void IOnStop() {
        onStop();
    }

    @Override
    public void IOnDestroy() {
        onDestroy();
    }

    @Override
    public void IOnRestart() {
        onRestart();
    }
}
public class ProxyActivity extends Activity {
    IActivity mPluginActivity;
    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        Bundle bundle = getIntent().getExtras();
        if(bundle == null){
            return;
        }
        mPluginName = bundle.getString(PluginConstants.PLUGIN_NAME);
        mLaunchActivity = bundle.getString(PluginConstants.LAUNCH_ACTIVITY);
        File pluginFile = PluginUtils.getInstallPath(ProxyActivity.this, mPluginName);
        if(!pluginFile.exists()){
            return;
        }
        mPluginApkFilePath = pluginFile.getAbsolutePath();
        try {
            initPlugin();
            super.onCreate(savedInstanceState);
            mPluginActivity.IOnCreate(savedInstanceState);
        } catch (Exception e) {
            mPluginActivity = null;
            e.printStackTrace();
        }
    }
    
    @Override
    protected void onResume() {
        super.onResume();
        if(mPluginActivity != null){
            mPluginActivity.IOnResume();
        }
    }

    @Override
    protected void onStart() {
        super.onStart();
        if(mPluginActivity != null) {
            mPluginActivity.IOnStart();
        }
    }
    
    ...
    
    private void initPlugin() throws Exception {
        PackageInfo packageInfo = PluginUtils.getPackgeInfo(this, mPluginApkFilePath);

        if (mLaunchActivity == null || mLaunchActivity.length() == 0) {
            mLaunchActivity = packageInfo.activities[0].name;
        }

        ClassLoader classLoader = PluginUtils.getClassLoader(this, mPluginName, mPluginApkFilePath);

        if (mLaunchActivity == null || mLaunchActivity.length() == 0) {
            if (packageInfo == null || (packageInfo.activities == null) || (packageInfo.activities.length == 0)) {
                throw new ClassNotFoundException("Launch Activity not found");
            }
            mLaunchActivity = packageInfo.activities[0].name;
        }
        Class<?
> mClassLaunchActivity = classLoader.loadClass(mLaunchActivity);

        getIntent().setExtrasClassLoader(classLoader);
        mPluginActivity = (IActivity) mClassLaunchActivity.newInstance();
        mPluginActivity.IInit(mPluginApkFilePath, this, classLoader);
    }
    
    ...
    
    @Override
    public void startActivityForResult(Intent intent, int requestCode) {
        boolean pluginActivity = intent.getBooleanExtra(PluginConstants.IS_IN_PLUGIN, false);
        if (pluginActivity) {
            String launchActivity = null;
            ComponentName componentName = intent.getComponent();
            if(null != componentName) {
                launchActivity = componentName.getClassName();
            }
            intent.putExtra(PluginConstants.IS_IN_PLUGIN, false);
            if (launchActivity != null && launchActivity.length() > 0) {
                Intent pluginIntent = new Intent(this, getProxyActivity(launchActivity));

                pluginIntent.putExtra(PluginConstants.PLUGIN_NAME, mPluginName);
                pluginIntent.putExtra(PluginConstants.PLUGIN_PATH, mPluginApkFilePath);
                pluginIntent.putExtra(PluginConstants.LAUNCH_ACTIVITY, launchActivity);
                startActivityForResult(pluginIntent, requestCode);
            }
        } else {
            super.startActivityForResult(intent, requestCode);
        }
    }

PluginBaseActivity和ProxyActivity在整个插件框架的核心，以下简单分析一下代码：

首先看一下ProxyActivity#onResume：

@Override
protected void onResume() {
    super.onResume();
    if(mPluginActivity != null){
        mPluginActivity.IOnResume();
    }
}

变量mPluginActivity的类型是IActivity，因为插件Activity实现了IActivity接口，因此能够推測mPluginActivity.IOnResume()终于运行的是插件Activity的onResume中的代码，以下我们来证实这样的推測。

PluginBaseActivity实现了IActivity接口，那么这些接口详细是怎么实现的呢？看代码：

@Override
public void IOnCreate(Bundle savedInstanceState) {
    onCreate(savedInstanceState);
}

@Override
public void IOnResume() {
    onResume();
}

@Override
public void IOnStart() {
    onStart();
}

@Override
public void IOnPause() {
    onPause();
}

...

接口实现很easy，仅仅是调用了和接口相应的回调函数。那这里的回调函数终于会调到哪里呢？前面提到过全部插件Activity都会继承自PluginBaseActivity。也就是说这里的回调函数终于会调到插件Activity中相应的回调，比方IOnResume运行的是插件Activity中的onResume中的代码。这也证实了之前的推測。

上面的一些代码片段揭示了插件框架的核心逻辑。其他的代码很多其他的是为实现这样的逻辑服务的。后面会提供整个project的源代码，大家可自行分析理解。

插件内资源获取

实现载入插件apk中的资源的一种思路是将插件apk的路径增加主程序资源查找的路径中。以下的代码展示了这样的方法：

private AssetManager getSelfAssets(String apkPath) {
    AssetManager instance = null;
    try {
        instance = AssetManager.class.newInstance();
        Method addAssetPathMethod = AssetManager.class.getDeclaredMethod("addAssetPath", String.class);
        addAssetPathMethod.invoke(instance, apkPath);
    } catch (Throwable e) {
        e.printStackTrace();
    }
    return instance;
}

为了让插件Activity訪问资源时使用我们自己定义的Context，我们须要在PluginBaseActivity的初始化中做一些处理：

public void IInit(String path, Activity context, ClassLoader classLoader, PackageInfo packageInfo) {
    mProxy = true;
    mProxyActivity = context;

    mContext = new PluginContext(context, 0, mApkFilePath, mDexClassLoader);
    attachBaseContext(mContext);
}

PluginContext中通过重载getAssets来实现包括插件apk查找路径的Context：

public PluginContext(Context base, int themeres, String apkPath, ClassLoader classLoader) {
    super(base, themeres);
    mClassLoader = classLoader;
    mAsset = getPluginAssets(pluginFilePath);
    mResources = getPluginResources(base, mAsset);
    mTheme = getPluginTheme(mResources);
}

private AssetManager getPluginAssets(String apkPath) {
    AssetManager instance = null;
    try {
        instance = AssetManager.class.newInstance();
        Method addAssetPathMethod = AssetManager.class.getDeclaredMethod("addAssetPath", String.class);
        addAssetPathMethod.invoke(instance, apkPath);
    } catch (Throwable e) {
        e.printStackTrace();
    }
    return instance;
}

private Resources getPluginAssets(Context ctx, AssetManager selfAsset)  {
    DisplayMetrics metrics = ctx.getResources().getDisplayMetrics();
    Configuration con = ctx.getResources().getConfiguration();
    return new Resources(selfAsset, metrics, con);
}

private Theme getPluginTheme(Resources selfResources) {
    Theme theme = selfResources.newTheme();
    mThemeResId = getInnerRIdValue("com.android.internal.R.style.Theme");
    theme.applyStyle(mThemeResId, true);
    return theme;
}

@Override
public Resources getResources() {
    return mResources;
}

@Override
public AssetManager getAssets() {
    return mAsset;
}

...

总结

本文介绍了一种基于Proxy思想的插件框架，全部的代码都在Github中，代码仅仅是抽取了整个框架的核心部分，假设要用在生产环境中还须要完好，比方Content Provider和BroadcastReceiver组件的Proxy类未实现，Activity的Proxy实现也是不完整的，包含不少回调都没有处理。同一时候我也无法保证这套框架没有致命缺陷，本文主要是以总结、学习和交流为目的，欢迎大家一起交流。

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