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基于Proxy思想的Android插件框架
本文所有代码托管在Github：PluginDemo
意义
研究插件框架的意义在于以下几点：
- 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，这种方式类似于java中的jar形式，只是由于Android的Dalvik VM无法直接动态加载Java的Byte Code，所以需要我们提供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形式更多的功能，例如可以将资源打包进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即可访问插件apk中的资源，很多app的主题框架就是通过安装插件apk的形式实现，例如Go主题。这种方式的缺点就是需要用户手动安装，体验并不是很好。不安装apk的方式解决了用户手动安装的缺点，但实现起来比较复杂，主要通过
DexClassloader的方式实现，同时要解决如何启动插件中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类加载器的一段描述：
虚拟机设计团队把类加载阶段中的“通过一个类的全限定名来获取描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如何去获取所需要的类。实现这个动作的代码模块称为“类加载器”。
Android虚拟机的实现参考了java的JVM，因此在Android中加载类也用到了类加载器的概念，只是相对于JVM中加载器加载class文件而言，Android的Dalvik虚拟机加载的是Dex格式，而具体完成Dex加载的主要是PathClassloader和Dexclassloader。
PathClassloader默认会读取/data/dalvik-cache中缓存的dex文件，未安装的apk如果用PathClassloader来加载，那么在/data/dalvik-cache目录下找不到对应的dex，因此会抛出ClassNotFoundException。
DexClassloader可以加载任意路径下包含dex和apk文件，通过指定odex生成的路径，可加载未安装的apk文件。下面一段代码展示了DexClassloader的使用方法：
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解决了类的加载问题，如果插件apk里只是一些简单的API调用，那么上面的代码已经能满足需求，不过这里讨论的插件框架还需要解决资源访问和Android系统组件的调用。
插件内系统组件的调用
Android Framework中包含Activity，Service，Content Provider以及BroadcastReceiver等四大系统组件，这里主要讨论如何在主程序中启动插件中的Activity，其它3种组件的调用方式类似。
大家都知道Activity需要在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含的哪些Activity，启动未声明的Activity会报ActivityNotFound异常，相信大部分Android开发者曾经都遇到过这个异常。
启动插件里的Activity必然会面对如何在主程序中的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中所有系统回调都会调用插件Activity中对应的实现，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，但是相关代码执行的却是插件Activity中的代码。这就解决了插件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。下面具体分析整个过程。
PluginSDK
所有的插件和主程序需要依赖PluginSDK进行开发，所有插件中的Activity继承自PluginSDK中的BasePluginActivity，BasePluginActivity继承自Activity并实现了IPluginActivity接口。
public interface IPluginActivity {
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 BasePluginActivity extends Activity implements IPluginActivity {
...
private ClassLoader mDexClassLoader;
private Activity mActivity;
...
@Override
public void IInit(String path, Activity context, ClassLoader classLoader, PackageInfo packageInfo) {
mIsRunInPlugin = true;
mDexClassLoader = classLoader;
mOutActivity = context;
mApkFilePath = path;
mPackageInfo = packageInfo;
mContext = new PluginContext(context, 0, mApkFilePath, mDexClassLoader);
attachBaseContext(mContext);
}
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
if (mIsRunInPlugin) {
mActivity = mOutActivity;
} else {
super.onCreate(savedInstanceState);
mActivity = this;
}
}
@Override
public void setContentView(int layoutResID) {
if (mIsRunInPlugin) {
mContentView = LayoutInflater.from(mContext).inflate(layoutResID, null);
mActivity.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 PluginProxyActivity extends Activity {
IPluginActivity mPluginActivity;
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
Bundle bundle = getIntent().getExtras();
if(bundle == null){
return;
}
mPluginName = bundle.getString(PluginStatic.PARAM_PLUGIN_NAME);
mLaunchActivity = bundle.getString(PluginStatic.PARAM_LAUNCH_ACTIVITY);
File pluginFile = PluginUtils.getInstallPath(PluginProxyActivity.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;
try {
PackageManager pm = getPackageManager();
packageInfo = pm.getPackageArchiveInfo(mPluginApkFilePath, PackageManager.GET_ACTIVITIES);
} catch (Exception e) {
throw e;
}
if (mLaunchActivity == null || mLaunchActivity.length() == 0) {
mLaunchActivity = packageInfo.activities[0].name;
}
// String optimizedDexOutputPath = getDir("odex", Context.MODE_PRIVATE).getAbsolutePath();
ClassLoader classLoader = PluginStatic.getOrCreateClassLoaderByPath(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 = (Class<?>) classLoader.loadClass(mLaunchActivity);
getIntent().setExtrasClassLoader(classLoader);
mPluginActivity = (IPluginActivity) mClassLaunchActivity.newInstance();
mPluginActivity.IInit(mPluginApkFilePath, this, classLoader, packageInfo);
}
...
@Override
public void startActivityForResult(Intent intent, int requestCode) {
boolean pluginActivity = intent.getBooleanExtra(PluginStatic.PARAM_IS_IN_PLUGIN, false);
if (pluginActivity) {
String launchActivity = null;
ComponentName componentName = intent.getComponent();
if(null != componentName) {
launchActivity = componentName.getClassName();
}
intent.putExtra(PluginStatic.PARAM_IS_IN_PLUGIN, false);
if (launchActivity != null && launchActivity.length() > 0) {
Intent pluginIntent = new Intent(this, getProxyActivity(launchActivity));
pluginIntent.putExtra(PluginStatic.PARAM_PLUGIN_NAME, mPluginName);
pluginIntent.putExtra(PluginStatic.PARAM_PLUGIN_PATH, mPluginApkFilePath);
pluginIntent.putExtra(PluginStatic.PARAM_LAUNCH_ACTIVITY, launchActivity);
startActivityForResult(pluginIntent, requestCode);
}
} else {
super.startActivityForResult(intent, requestCode);
}
}
}BasePluginActivity和PluginProxyActivity在整个插件框架的核心，下面简单分析一下代码：
首先看一下PluginProxyActivity#onResume：
@Override
protected void onResume() {
super.onResume();
if(mPluginActivity != null){
mPluginActivity.IOnResume();
}
}变量mPluginActivity的类型是IPluginActivity，由于插件Activity实现了IPluginActivity接口，因此可以猜测mPluginActivity.IOnResume()最终执行的是插件Activity的onResume中的代码，下面我们来证实这种猜测。
BasePluginActivity实现了IPluginActivity接口，那么这些接口具体是怎么实现的呢？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();
}
...接口实现非常简单，只是调用了和接口对应的回调函数，那这里的回调函数最终会调到哪里呢？前面提到过所有插件Activity都会继承自BasePluginActivity，也就是说这里的回调函数最终会调到插件Activity中对应的回调，比如IOnResume执行的是插件Activity中的onResume中的代码，这也证实了之前的猜测。
上面的一些代码片段揭示了插件框架的核心逻辑，其它的代码更多的是为实现这种逻辑服务的，后面会提供整个工程的源码，大家可自行分析理解。
插件内资源获取
实现加载插件apk中的资源的一种思路是将插件apk的路径加入主程序资源查找的路径中，下面的代码展示了这种方法：
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访问资源时使用我们自定义的Context，我们需要在BasePluginActivity的初始化中做一些处理：
public void IInit(String path, Activity context, ClassLoader classLoader, PackageInfo packageInfo) {
mIsRunInPlugin = true;
mDexClassLoader = classLoader;
mOutActivity = context;
mApkFilePath = path;
mPackageInfo = packageInfo;
mContext = new PluginContext(context, 0, mApkFilePath, mDexClassLoader);
attachBaseContext(mContext);
}PluginContext中通过重载getAssets来实现包含插件apk查找路径的Context：
public PluginContext(Context base, int themeres, String apkPath, ClassLoader classLoader) {
super(base, themeres);
mClassLoader = classLoader;
mAsset = getSelfAssets(apkPath);
mResources = getSelfRes(base, mAsset);
mTheme = getSelfTheme(mResources);
mOutContext = base;
}
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;
}
private Resources getSelfRes(Context ctx, AssetManager selfAsset) {
DisplayMetrics metrics = ctx.getResources().getDisplayMetrics();
Configuration con = ctx.getResources().getConfiguration();
return new Resources(selfAsset, metrics, con);
}
private Theme getSelfTheme(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
本文描述了一种基于Proxy思想的插件框架，所有的代码都在Github中，代码只是抽取了整个框架的核心部分，如果要用在生产环境中还需要完善，比如Content Provider和BroadcastReceiver组件的Proxy类未实现，Activity的Proxy实现也是不完整的，包括不少回调都没有处理。同时我也无法保证这套框架没有致命缺陷，本文主要是以总结、学习为目的，欢迎大家一起交流。
基于Proxy思想的Android插件框架