Android 插件化原理入门笔记

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笔记，参考7.2中所列参考文章所写，DEMO地址在PluginTestDemoApplication

1.综述

2015年是Android插件化技术突飞猛进的一年，随着业务的发展各大厂商都碰到了Android Native平台的瓶颈。从技术上讲，业务逻辑的复杂导致代码量急剧膨胀，各大厂商陆续出到65535方法数的天花板；同时，运营为王的时代对于模块热更新提出了更高的要求。在业务层面上，功能模块的解耦以及维护团队的分离也是大势所趋；各个团队维护着同一个App的不同模块，如果每个模块升级新功能都需要对整个app进行升级，那么发布流程不仅复杂而且效率低下；在讲究小步快跑和持续迭代的移动互联网必将遭到淘汰。 H5和Hybird可以解决这些问题，但是始终比不上native的用户体验；于是，国外的FaceBook推出了react-native；而国内各大厂商几乎都选择纯native的插件化技术。可以说，Android的未来必将是react-native和插件化的天下。 react-native资料很多，但是讲述插件化的却凤毛菱角；

插件化技术听起来高深莫测，实际上要解决的就是两个问题：

1.代码加载

2.资源加载

参考 Android插件化原理解析——概要

1.1 需要解决的问题

1.代码的加载

类的加载可以使用Java的ClassLoader机制，但是对于Android来说，并不是说类加载进来就可以用了，很多组件都是有“生命”的；因此对于这些有血有肉的类，必须给它们注入活力，也就是所谓的组件生命周期管理；

另外，如何管理加载进来的类也是一个问题。假设多个插件依赖了相同的类，是抽取公共依赖进行管理还是插件单独依赖？这就是ClassLoader的管理问题；
2.资源的加载

资源加载方案大家使用的原理都差不多，都是用AssetManager的隐藏方法addAssetPath；但是，不同插件的资源如何管理？是公用一套资源还是插件独立资源？共用资源如何避免资源冲突？对于资源加载，有的方案共用一套资源并采用资源分段机制解决冲突（要么修改aapt要么添加编译插件）；有的方案选择独立资源，不同插件管理自己的资源。

1.2 Android中加载类和 Java加载类的区别

Android中许多组件类（如Activity、Service等）是需要在Manifest文件里面注册后才能工作的（系统会检查该组件有没有注册），所以即使动态加载了一个新的组件类进来，没有注册的话还是无法工作；

Res资源是Android开发中经常用到的，而Android是把这些资源用对应的R.id注册好，运行时通过这些ID从Resource实例中获取对应的资源。如果是运行时动态加载进来的新类，那类里面用到R.id的地方将会抛出找不到资源或者用错资源的异常，因为新类的资源ID根本和现有的Resource实例中保存的资源ID对不上；

2.实现思路

目前国内开源的较成熟的插件方案有DL和DroidPlugin；但是DL方案仅仅对Framework的表层做了处理，严重依赖that语法，编写插件代码和主程序代码需单独区分；而DroidPlugin通过Hook增强了Framework层的很多系统服务，开发插件就跟开发独立app差不多；就拿Activity生命周期的管理来说，DL的代理方式就像是牵线木偶，插件只不过是操纵傀儡而已；而DroidPlugin则是借尸还魂，插件是有血有肉的系统管理的真正组件；DroidPlugin Hook了系统几乎所有的Sevice，欺骗了大部分的系统API；掌握这个Hook过程需要掌握很多系统原理，因此学习DroidPlugin对于整个Android FrameWork层大有裨益。

以DroidPlugin为例的方式

1.构造DexClassLoader ：既然我们知道如果想启动插件apk就需一个Classloader，那么我们换一种想法，能不能我们将我们的插件apk的信息告诉系统的这个Classloader，然后让系统的Classloader来帮我们加载及创建呢？答案是肯定之前我们说过讲过android中的Classloader主要分析PathClassLoader和DexClassLoader，系统通过PathClassLoader来加载系统类和主dex中的类。而DexClassLoader则用于加载其他dex文件中的类。他们都是继承自BaseDexClassLoader。（如果没有看过的建议先看看插件化知识详细分解及原理之ClassLoader及dex加载过程）
2.拿到宿主apk里ClassLoader中的pathList对象和我们Classloader的pathList，进行合并
- 2.1 通过PathClassLoader拿到宿主应用的dexPathList，通过DexClassLoader拿到插件的dexPathList。
- 2.2 拿到宿主和插件的dex列表
- 2.3 将宿主和插件的dexPathList合并
3.hook住startActivity方法，使用占坑的方式，也就是说我们可以提前在AndroidManifest中固定写死一个Activity，这个Activity只不过是一个傀儡，我们在启动我们插件apk的时候使用它去系统层校检合法性，然后等真正创建Activity的时候再通过hook思想拦截Activity的创建方法，提前将信息更换回来创建真正的插件apk。
- 3.1 通过反射，拿到AMS的代理对象
- 3.2 自定义InvocationHandler拦截startActivty方法
- 3.3 带系统检查完Activity合法性后重新执行原Activity

3.准备工作

3.1 理解应用的启动过程

参考 Android应用程序启动过程源代码分析

下面是大致的流程，详细内容可以看Activity的笔记或者罗升阳的《Android源码分析》

应用程序是由Launcher启动起来的，其实Launcher本身也是一个应用程序。

启动一个应用时会调用 startActivitySafely -> startActivity -> startActivityForResult

最终会调用Instrumentation的execStartActivity方法。

在execStartActivity中会调用ActivityManagerNative.getDefault().startActivity ，实际上就是调用了AMS的startActivity方法。

在execStartActivity中还会调用checkStartActivityResult方法对start的结果进行检查。

AMS的startActivity->startActivityAsUser->mActivityStarter.startActivityMayWait，最终调用 ActivityStackSupervisor的realStartActivityLocked方法。

在realStartActivityLocked方法中，会调用ActivityThread的scheduleLaunchActivity方法。

在 scheduleLaunchActivity方法中有一行代码 sendMessage(H.LAUNCH_ACTIVITY, r);

在ActivityThread内部的H类中调用

public void handleMessage(Message msg) {if (DEBUG_MESSAGES) Slog.v(TAG, ">>> handling: " + codeToString(msg.what));switch (msg.what) {case LAUNCH_ACTIVITY: {Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "activityStart");final ActivityClientRecord r = (ActivityClientRecord) msg.obj;r.packageInfo = getPackageInfoNoCheck(r.activityInfo.applicationInfo, r.compatInfo);handleLaunchActivity(r, null);Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);} break;}
复制代码

在handleLaunchActivity->performLaunchActivity

在 performLaunchActivity中通过Instrumentation.newActivity创建Activity，并创建Application和Context

3.2 理解Activity和Service的启动过程

Android应用程序的Activity启动过程简要介绍和学习计划

在performLaunchActivity方法中

java.lang.ClassLoader cl = r.packageInfo.getClassLoader();
activity = mInstrumentation.newActivity(cl, component.getClassName(), r.intent);复制代码

实际是通过r.packageInfo这个LoadedApk类型的对象获得。

LoadedApk保存了Apk文件的相关信息。

在H类里通过getPackageInfoNoCheck方法获得LoadedApk，针对代码的信息会存到mPackages表里

apk被安装之后，apk的文件代码以及资源会被系统存放在固定的目录比如/data/app/package_name/base.apk)中，系统在进行类加载的时候，会自动去这一个或者几个特定的路径来寻找这个类。（可以在Android Studio的Device File Explorer去查看）

在startActivityLocked方法内部进行了一系列重要的检查：比如权限检查，Activity的exported属性检查等等；我们上文所述的，启动没有在Manifestfest中显示声明的Activity抛异常也是这里发生的：

3.3 理解DexClassLoader 和 PathClassLoader

3.3.1 DexClassLoader

构造函数：

public DexClassLoader (String dexPath, String dexOutputDir, String libPath, ClassLoader parent)复制代码

dexPath：dex文件路径列表，多个路径使用”:”分隔
dexOutputDir：经过优化的dex文件（odex）文件输出目录
libPath：动态库路径（将被添加到app动态库搜索路径列表中）
parent：这是一个ClassLoader，这个参数的主要作用是保留java中ClassLoader的委托机制（优先父类加载器加载classes，由上而下的加载机制，防止重复加载类字节码）
复制代码

DexClassLoader是一个可以从包含classes.dex实体的.jar或.apk文件中加载classes的类加载器。可以用于实现dex的动态加载、代码热更新等等。这个类加载器必须要一个app的私有、可写目录来缓存经过优化的classes（odex文件）

3.3.2 PathClassLoader

PathClassLoader提供两个常用构造方法

public PathClassLoader (String path, ClassLoader parent)
1
public PathClassLoader (String path, String libPath, ClassLoader parent)
复制代码

path：文件或者目录的列表
libPath：包含lib库的目录列表
parent：父类加载器
复制代码

3.3.3区别

DexClassLoader：能够加载未安装的jar\apk dex。
PathClassLoader：Android系统通过PathClassLoader来加载系统类和主dex中的类。

参考：

DexClassLoader和PathClassLoader的区别
插件化知识详细分解及原理之ClassLoader及dex加载过程
Android动态加载基础 ClassLoader工作机制
Android 插件化原理解析——插件加载机制

3.4 理解反射和Hook

首先我们得找到被Hook的对象，我称之为Hook点；什么样的对象比较好Hook呢？自然是容易找到的对象。什么样的对象容易找到？静态变量和单例；在一个进程之内，静态变量和单例变量是相对不容易发生变化的，因此非常容易定位，而普通的对象则要么无法标志，要么容易改变。我们根据这个原则找到所谓的Hook点。

1.寻找Hook点，原则是静态变量或者单例对象，尽量Hook pulic的对象和方法，非public不保证每个版本都一样，需要适配。
2.选择合适的代理方式，如果是接口可以用动态代理；如果是类可以手动写代理也可以使用cglib。
3.偷梁换柱——用代理对象替换原始对象
Android插件化原理解析——Hook机制之动态代理
Android插件化原理解析——Hook机制之Binder Hook

4.其他

4.1 热门热修复框架

目前比较有名的插件化框架：任玉刚的：dynamic-load-apk，这个项目使用的是一种代理的方式去实现 https://github.com/singwhatiwanna/dynamic-load-apk

360的：DroidPlugin,这个项目是通过hook系统类来实现 https://github.com/Qihoo360/DroidPlugin

目前比较火的热修复框架：阿里的：andfix，用于对方法的修复，可以立即生效，不支持资源及类替换 https://github.com/alibaba/AndFix

腾讯的：tinker，除了不支持立即生效，全部支持 https://github.com/Tencent/tinker

美团的：robust,不开源

2017 Android插件化框架总结

7.2 参考文章

苹果核 - Android插件化实践(1)--动态代理

总述

Android插件化原理解析——概要

Hook

Android插件化原理解析——Hook机制之动态代理
Android插件化原理解析——Hook机制之Binder Hook
Android 插件化原理解析——Hook机制之AMS&PMS

生命周期管理

Android 插件化原理解析——Activity生命周期管理
Android插件化原理解析——广播的管理
Android 插件化原理解析——Service的插件化
Android插件化原理解析——ContentProvider的插件化

插件的加载

Android 插件化原理解析——插件加载机制
Android动态加载基础 ClassLoader工作机制

下面这几篇文章是参考上面的文章所写,主要参考上面的几篇文章,下面的文章作为补充

插件化知识详细分解
Android插件化完美实现代码资源加载及原理讲解附可运行demo
Android插件化资源的使用及动态加载附demo
插件化知识详细分解及原理之Binder机制
插件化知识详细分解及原理之代理，hook，反射
插件化知识详细分解及原理之ClassLoader及dex加载过程
插件化知识详细分解及原理之应用的启动过程