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APK动态加载框架(DL)解析
 
作者 singwhatiwanna ,火龙果软件    发布于 2014-10-23
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前言

好久没有发布新的文章,这次打算发表一下我这几个月的一个核心研究成果:APK动态加载框架(DL)。这段时间我致力于github的开源贡献,开源了2个比较有用且有意义的项目,一个是PinnedHeaderExpandableListView,另一个是APK动态加载框架。具体可以参见我的github:https://github.com/singwhatiwanna

本次要介绍的是APK动态加载框架(DL),这个项目除了我以外,还有两个共同开发者:田啸(时之沙),宋思宇。

为了更好地理解本文,你需要首先阅读Android apk动态加载机制的研究这一系列文章,分别为:

Android apk动态加载机制的研究

Android apk动态加载机制的研究(二):资源加载和activity生命周期管理

另外,这个开源项目我起了个名字,叫做DL。本文中的DL均指APK动态加载框架。

运行效果图:

 

意义

这里说说这个开源项目的意义。首先要说的是动态加载技术(或者说插件化)在技术驱动型的公司中扮演这相当重要的角色,当项目越来越庞大的时候,需要通过插件化来减轻应用的内存和cpu占用,还可以实现热插拔,即在不发布新版本的情况下更新某些模块。

我几个月前开始进行这项技术的研究,当时查询了很多资料,没有找到很好的开源。目前淘宝、微信等都有成熟的动态加载框架,包括apkplug,但是它们都是不开源的。还有github上有一个开源项目AndroidDynamicLoader,其思想是通过Fragment 以及 schema的方式实习的,这是一种可行的技术方案,但是还有限制太多,这意味这你的activity必须通过Fragment去实现,这在activity跳转和灵活性上有一定的不便,在实际的使用中会有一些很奇怪的bug不好解决,总之,这还是一种不是特别完备的动态加载技术。然后,我发现,目前针对动态加载这一块成熟的开源基本还是空白的,不管是国内还是国外。而在公司内部,动态加载作为一项核心技术,也不可能是初级开发人员所能够接触到的,于是,我决定做一个成熟点的开源,期待能填补这一块空白。

DL功能介绍

DL支持很多特性,而这些特性使得插件的开发过程变得透明、高效。

1. plugin无需安装即可由宿主调起。

2. 支持用R访问plugin资源

3. plugin支持Activity和FragmentActivity(未来还将支持其他组件)

4. 基本无反射调用

5. 插件安装后仍可独立运行从而便于调试

6. 支持3种plugin对host的调用模式:

(1)无调用(但仍然可以用反射调用)。

(2)部分调用,host可公开部分接口供plugin调用。 这前两种模式适用于plugin开发者无法获得host代码的情况。

(3)完全调用,plugin可以完全调用host内容。这种模式适用于plugin开发者能获得host代码的情况。

7. 只需引入DL的一个jar包即可高效开发插件,DL的工作过程对开发者完全透明

8. 支持android2.x版本

架构解析

如果大家阅读过本文头部提到的两篇文章,那么对DL的架构应该有大致的了解,本文就不再从头开始介绍了,而是从如下变更的几方面进行解析,这些优化使得DL的功能和之前比起来更加强大更加易用使用易于扩展。

1. DL对activity生命周期管理的改进

2. DL对类加载器的支持(DLClassLoader)

3. DL对宿主(host)和插件(plugin)通信的支持

4. DL对插件独立运行的支持

5. DL对activity随意跳转的支持(DLIntent)

6. DL对插件管理的支持(DLPluginManager)

其中5和6属于加强功能,目前正在dev分支上进行开发(本文暂不介绍),其他功能均在稳定版分支master上。

DL对activity生命周期管理的改进

大家知道,DL最开始的时候采用反射去管理activity的生命周期,这样存在一些不便,比如反射代码写起来复杂,并且过多使用反射有一定的性能开销。针对这个问题,我们采用了接口机制,将activity的大部分生命周期方法提取出来作为一个接口(DLPlugin),然后通过代理activity(DLProxyActivity)去调用插件activity实现的生命周期方法,这样就完成了插件activity的生命周期管理,并且没有采用反射,当我们想增加一个新的生命周期方法的时候,只需要在接口中声明一下同时在代理activity中实现一下即可,下面看一下代码:

接口DLPlugin

public interface DLPlugin {  

public void onStart();
public void onRestart();
public void onActivityResult(int requestCode, int resultCode, Intent data);
public void onResume();
public void onPause();
public void onStop();
public void onDestroy();
public void onCreate(Bundle savedInstanceState);
public void setProxy(Activity proxyActivity, String dexPath);
public void onSaveInstanceState(Bundle outState);
public void onNewIntent(Intent intent);
public void onRestoreInstanceState(Bundle savedInstanceState);
public boolean onTouchEvent(MotionEvent event);
public boolean onKeyUp(int keyCode, KeyEvent event);
public void onWindowAttributesChanged(LayoutParams params);
public void onWindowFocusChanged(boolean hasFocus);
public void onBackPressed();
}

在代理类DLProxyActivity中的实现

@Override  
protected void onStart() {
mRemoteActivity.onStart();
super.onStart();
}

@Override
protected void onRestart() {
mRemoteActivity.onRestart();
super.onRestart();
}

@Override
protected void onResume() {
mRemoteActivity.onResume();
super.onResume();
}

@Override
protected void onPause() {
mRemoteActivity.onPause();
super.onPause();
}

@Override
protected void onStop() {
mRemoteActivity.onStop();
super.onStop();
}
...

说明:通过上述代码应该不难理解DL对activity生命周期的管理,其中mRemoteActivity就是DLPlugin的实现。

DL对类加载器的支持

为了更好地对多插件进行支持,我们提供了一个DLClassoader类,专门去管理各个插件的DexClassoader,这样,同一个插件就可以采用同一个ClassLoader去加载类从而避免多个classloader加载同一个类时所引发的类型转换错误。

public class DLClassLoader extends DexClassLoader {  
private static final String TAG = "DLClassLoader";

private static final HashMap<String, DLClassLoader> mPluginClassLoaders = new HashMap<String, DLClassLoader>();

protected DLClassLoader(String dexPath, String optimizedDirectory, String libraryPath, ClassLoader parent) {
super(dexPath, optimizedDirectory, libraryPath, parent);
}

/**
* return a available classloader which belongs to different apk
*/
public static DLClassLoader getClassLoader(String dexPath, Context context, ClassLoader parentLoader) {
DLClassLoader dLClassLoader = mPluginClassLoaders.get(dexPath);
if (dLClassLoader != null)
return dLClassLoader;

File dexOutputDir = context.getDir("dex", Context.MODE_PRIVATE);
final String dexOutputPath = dexOutputDir.getAbsolutePath();
dLClassLoader = new DLClassLoader(dexPath, dexOutputPath, null, parentLoader);
mPluginClassLoaders.put(dexPath, dLClassLoader);

return dLClassLoader;
}
}

DL对宿主(host)和插件(plugin)通信的支持

这一点很重要,因为往往宿主需要和插件进行各种通信,因此DL对宿主和插件的通信做了很好的支持,目前总共有3中模式,如下图所示:

下面分别介绍上述三种模式,针对上述三种模式,我们分别提供了3组例子,其中:

1. depend_on_host:插件完全依赖宿主的模式,适合于能够能到宿主的源代码的情况

其中host指宿主工程,plugin指插件工程

2. depend_on_interface:插件部分依赖宿主的模式,或者说插件依赖宿主提供的接口,适合能够拿到宿主的接口的情况

其中host指宿主工程,plugin指插件工程,common指接口工程

3. main:插件不依赖宿主的模式,这是DL推荐的模式

其中host指宿主工程,plugin指插件工程

模式1:这是DL推荐的模式,对应的工程目录为main。在这种模式下,宿主和插件不需要通信,两者是独立开发的,宿主引用DL的jar包(dl-lib.jar),插件也需要引用DL的jar包,但是不能放入到插件工程的libs目录下面,换句话说,就是插件编译的时候依赖jar包但是打包成apk的时候不要把jar包打进去,这是因为,dl-lib.jar已经在宿主工程中存在了,如果插件中也有这个jar包,就会发生类链接错误,原因很简单,内存中有两份一样的类,重复了。至于support-v4也是同样的道理。对于eclipse很简单,只需要在插件工程中创建一个目录,比如external-jars,然后把dl-lib.jar和support-v4.jar放进去,同时在.classpath中追加如下两句即可:

<classpathentry kind="lib" path="external-jars/dl-lib.jar"/>
<classpathentry kind="lib" path="external-jars/android-support-v4.jar"/>

这样,编译的时候就能够正常进行,但是打包的时候,就不会把上面两个jar包打入到插件apk中。

至于ant环境和gradle,解决办法不一样,具体方法后面再补上,但是思想都是一样的,即:插件apk中不要打入上述2个jar包。

模式2:插件部分依赖宿主的模式,或者说插件依赖宿主提供的接口,适合能够拿到宿主的接口的情况。在这种模式下,宿主放出一些接口并实现一些接口,然后给插件调用,这样插件就可以访问宿主的一些服务等

模式3:插件完全依赖宿主的模式,适合于能够能到宿主的源代码的情况。这种模式一般多用在公司内部,插件可以访问宿主的所有代码,但是,这样插件和宿主的耦合比较高,宿主一动,插件就必须动,比较麻烦

具体采用哪种方式,需要结合实际情况来选择,一般来说,如果是宿主和插件不是同一个公司开发,建议选择模式1和模式2;如果宿主和插件都在同一个公司开发,那么选择哪个都可以。从DL的实现出发,我们推荐采用模式1,真的需要通信的话采用模式2,尽量不要采用模式3.

DL对插件独立运行的支持

为了便于调试,采用DL所开发的插件都可以独立运行,当然,这要分情况来说:

对于模式1,如果插件想独立运行,只需要把external-jars下的jar包拷贝一份到插件的libs目录下即可

对于模式2,只需要提供一个宿主接口的默认实现即可

对于模式3,只需要apk打包时把所引用的宿主代码打包进去即可,具体方式可以参看sample/depend_on_host目录。

在开发过程中,应该先开启插件的独立运行功能以便于调试,等功能开发完毕后再将其插件化。

DLIntent和DLPluginManager

这两项都属于加强功能,目前正在dev分支进行code review,大家感兴趣可以去dev分支上查看,等验证通过即merge到稳定版master分支。

DLIntent:通过DLIntent来完成activity的无约束调起

DLPluginManager:对宿主的所有插件提供综合管理功能。

开发规范

目前DL已经达到了第一个稳定版,经过大量机型的验证,目前得出的结论是DL是可靠的(兼容到android2.x),可以用在实际的应用开发中。但是,我们知道,动态加载是一个技术壁垒,其很难达到一种完美的状态,毕竟,让一个apk不安装跑起来,这是多么不可思议的事情。因此,希望大家辩证地去看这个问题,下面列出我们目前还不支持的功能,或者说是一种开发规范吧,希望大家在开发过程中去遵守这个规范,这样才能让插件稳定地跑起来。

DL 1.0开发规范:

1. 目前不支持service

2. 目前只支持动态注册广播

3. 目前支持Activity和FragmentActivity,这也是常用的activity

4. 目前不支持插件中的assets

5. 调用Context的时候,请适当使用that,大部分常用api是不需要用that的,但是一些不常用api还是需要用that来访问。that是apk中activity的基类BaseActivity系列中的一个成员,它在apk安装运行的时候指向this,而在未安装的时候指向宿主程序中的代理activity,由于that的动态分配特性,通过that去调用activity的成员方法,在apk安装以后仍然可以正常运行。

6. 慎重使用this,因为this指向的是当前对象,即apk中的activity,但是由于activity已经不是常规意义上的activity,所以this是没有意义的,但是,当this表示的不是Context对象的时候除外,比如this表示一个由activity实现的接口。

希望能够给大家带来一些帮助,希望大家多多支持!

   
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