基于Proxy思想的Android插件框架

本文所有代码托管在Github：android-plugin

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;...@Overridepublic void IInit(String path, Activity context, ClassLoader classLoader) {mProxy = true;mProxyActivity = context;mPluginContext = new PluginContext(context, 0, path, classLoader);attachBaseContext(mPluginContext);}@Overrideprotected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {if (mProxy) {mRealActivity = mProxyActivity;} else {super.onCreate(savedInstanceState);mRealActivity = this;}}@Overridepublic void setContentView(int layoutResID) {if (mProxy) {mContentView = LayoutInflater.from(mPluginContext).inflate(layoutResID, null);mRealActivity.setContentView(mContentView);} else {super.setContentView(layoutResID);}}...@Overridepublic void IOnCreate(Bundle savedInstanceState) {onCreate(savedInstanceState);}@Overridepublic void IOnResume() {onResume();}@Overridepublic void IOnStart() {onStart();}@Overridepublic void IOnPause() {onPause();}@Overridepublic void IOnStop() {onStop();}@Overridepublic void IOnDestroy() {onDestroy();}@Overridepublic void IOnRestart() {onRestart();}
}

public class ProxyActivity extends Activity {IActivity mPluginActivity;@Overrideprotected 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();}}@Overrideprotected void onResume() {super.onResume();if(mPluginActivity != null){mPluginActivity.IOnResume();}}@Overrideprotected 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);}...@Overridepublic 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，下面简单分析一下代码：

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，由于插件Activity实现了IActivity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。

PluginBaseActivity实现了IActivity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PluginBaseActivity，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 = 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，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、学习和交流为目的，欢迎大家一起交流。

原文地址：　http://zjmdp.github.io/2014/07/22/a-plugin-framework-for-android/