Android開發插件化來龍去脈（附全套學習視頻）

前言

隨着Android的發展，國內一線企業的項目模塊越來越多，用戶體驗要求也越來越高，想實現小步快跑、快速迭代的目的越來越難，還有65535，應用之間的互相調用等等問題，從而催生了插件化技術的產生。

2012年插件化概念被提出，到2016年的時候，插件化技術百家爭鳴，被一線大廠廣泛使用。插件化技術幾乎引領了Android技術的進步！

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插件化原理

插件化要解決的三個核心問題：類加載、資源加載、組件生命週期管理。

類加載

Android中常用的兩種類加載器：PathClassLoader和DexClassLoader，它們都繼承於BaseDexClassLoader。

// PathClassLoader.java
public class PathClassLoader extends BaseDexClassLoader {
    public PathClassLoader(String dexPath, ClassLoader parent) {
        super(dexPath, null, null, parent);
    }

    public PathClassLoader(String dexPath, String librarySearchPath, ClassLoader parent) {
        super(dexPath, null, librarySearchPath, parent);
    }
}

// DexClassLoader.java
public class DexClassLoader extends BaseDexClassLoader {
    public DexClassLoader(String dexPath, String optimizedDirectory, String librarySearchPath, ClassLoader parent) {
        super(dexPath, null, librarySearchPath, parent);
    }
}

說明：

DexClassLoader的構造函數比PathClassLoader多了一個，optimizedDirectory參數，這個是用來指定dex的優化產物odex的路徑，在源碼註釋中，指出這個參數從API 26後就棄用了。
PathClassLoader主要用來加載系統類和應用程序的類，在ART虛擬機上可以加載未安裝的apk的dex，在Dalvik則不行。
DexClassLoader用來加載未安裝apk的dex。

資源加載

Android系統通過Resource對象加載資源，因此只需要添加資源（即apk文件）所在路徑到AssetManager中，即可實現對插件資源的訪問。

// 創建AssetManager對象
AssetManager assetManager = new AssetManager();
// 將apk路徑添加到AssetManager中
if (assetManager.addAssetPath(apkPath) == 0) {
    return null;
}
// 創建插件Resource對象
Resources pluginResources = new Resources(assetManager, metrics, getConfiguration());

說明：由於AssetManager的構造方法時hide的，需要通過反射區創建。
組件生命週期管理
對於Android來說，並不是說類加載進來就可以使用了，很多組件都是有“生命”的；因此對於這些有血有肉的類，必須給他們注入活力，也就是所謂的組件生命週期管理。
在解決插件中組件的生命週期，通常的做法是通過Hook相應的系統對象，實現欺上瞞下，後面將通過Activity的插件化來進行講解。
Activity插件化
四大組件的插件化是插件化技術的核心知識點，而Activity插件化更是重中之中，Activity插件化的主流實現方式是通過Hook技術實現。
Activity的啓動過程

上圖列出的是啓動一個Activity的主要過程，具體步驟如下：

Activity1調用startActivity，實際會調用Instrumentation類的execStartActivity方法，Instrumentation是系統用來監控Activity運行的一個類，Activity的整個生命週期都有它的影子。
通過跨進程的binder調用，進入到ActivityManagerService（AMS）中，其內部會處理Activity棧。之後又通過跨進程調用進入到Activity2所在的進程中。
ApplicationThread是一個binder對象，其運行在binder線程池中，內部包含一個H類，該類繼承於Handler。ApplicationThread將啓動Activity2的信息通過H對象發送給主線程。
主線程拿到Activity2的信息後，調用Instrumentation類的newAcitivity方法，其內部通過ClassLoader創建Activity2實例。

加載插件中的類

public class PluginHelper {

    private static final String TAG = "PluginHelper";

    private static final String CLASS_DEX_PATH_LIST = "dalvik.system.DexPathList";
    private static final String FIELD_PATH_LIST = "pathList";
    private static final String FIELD_DEX_ELEMENTS = "dexElements";

       private static void loadPluginClass(Context context, ClassLoader hostClassLoader) throws Exception {
        // Step1\. 獲取到插件apk，通常都是從網絡上下載，這裏爲了演示，直接將插件apk push到手機
        File pluginFile = context.getExternalFilesDir("plugin");
        Log.i(TAG, "pluginPath:" + pluginFile.getAbsolutePath());
        if (pluginFile == null || !pluginFile.exists() || pluginFile.listFiles().length == 0) {
            Toast.makeText(context, "插件文件不存在", Toast.LENGTH_SHORT).show();
            return;
        }
        pluginFile = pluginFile.listFiles()[0];
        // Step2\. 創建插件的DexClassLoader
        DexClassLoader pluginClassLoader = new DexClassLoader(pluginFile.getAbsolutePath(), null, null, hostClassLoader);
        // Step3\. 通過反射獲取到pluginClassLoader中的pathList字段
        Object pluginDexPathList = ReflectUtil.getField(BaseDexClassLoader.class, pluginClassLoader, FIELD_PATH_LIST);
        // Step4\. 通過反射獲取到DexPathList的dexElements字段
        Object pluginElements = ReflectUtil.getField(Class.forName(CLASS_DEX_PATH_LIST), pluginDexPathList, FIELD_DEX_ELEMENTS);

        // Step5\. 通過反射獲取到宿主工程中ClassLoader的pathList字段
        Object hostDexPathList = ReflectUtil.getField(BaseDexClassLoader.class, hostClassLoader, FIELD_PATH_LIST);
        // Step6\. 通過反射獲取到宿主工程中DexPathList的dexElements字段
        Object hostElements = ReflectUtil.getField(Class.forName(CLASS_DEX_PATH_LIST), hostDexPathList, FIELD_DEX_ELEMENTS);

        // Step7\. 將插件ClassLoader中的dexElements合併到宿主ClassLoader的dexElements
        Object array = combineArray(hostElements, pluginElements);

        // Step8\. 將合併的dexElements設置到宿主ClassLoader
        ReflectUtil.setField(Class.forName(CLASS_DEX_PATH_LIST), hostDexPathList, FIELD_DEX_ELEMENTS, array);
    }
}

處理插件Activity的啓動
在Android中，Activity的啓動需要在AndroidManifest.xml中配置，如果沒有配置的話，就會報ActivityNotFoundException異常，而插件的Activity無法再宿主AndroidManifest中註冊。在上面的Activity的啓動流程圖，Activity的啓動是要經過AMS的校驗的，所以就需要對AMS下功夫。

Step1. 在宿主工程的AndroidManifest.xml中預先註冊Activity進行佔坑。

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<manifest xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    xmlns:tools="http://schemas.android.com/tools"
    package="com.github.xch168.plugindemo">

    <application>

        <!--佔坑Activity，不需要創建類-->
        <activity android:name=".StubActivity" />
    </application>

</manifest>

Step2. 使用佔坑Activity繞過AMS驗證。
Activity的啓動，實際會調用Instrumentation類的execStartActvity方法，所以可以對其進行hook，將啓動插件Activity的Intent替換成宿主預註冊的插樁Activity，從而繞過ASM的驗證。

Instrumentation代理類：

public class InstrumentationProxy extends Instrumentation {

    private Instrumentation mInstrumentation;
    private PackageManager mPackageManager;

    public InstrumentationProxy(Instrumentation instrumentation, PackageManager packageManager) {
        mInstrumentation = instrumentation;
        mPackageManager = packageManager;
    }

    public ActivityResult execStartActivity(Context who, IBinder contextThread, IBinder token, Activity target, Intent intent, int requestCode, Bundle options) {
        List<ResolveInfo> infos = mPackageManager.queryIntentActivities(intent, PackageManager.MATCH_ALL);
        if (infos == null || infos.size() == 0) {
            // 保存要啓動的插件Activity的類名
            intent.putExtra(HookHelper.TARGET_INTENT, intent.getComponent().getClassName());
            // 構建插樁Activity的Intent
            intent.setClassName(who, "com.github.xch168.plugindemo.StubActivity");
        }
        try {
            Method execMethod = Instrumentation.class.getDeclaredMethod("execStartActivity", Context.class, IBinder.class, IBinder.class, Activity.class, Intent.class, int.class, Bundle.class);
            // 將插樁Activity的Intent傳給ASM驗證
            return (ActivityResult) execMethod.invoke(mInstrumentation, who, contextThread, token, target, intent, requestCode, options);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return null;
    }
}

Hook:

public class HookHelper {
    public static final String TARGET_INTENT = "target_intent";

    public static void hookInstrumentation(Context context) throws Exception {
        Class<?> contextImplClass = Class.forName("android.app.ContextImpl");
        Object activityThread = ReflectUtil.getField(contextImplClass, context, "mMainThread");
        Class<?> activityThreadClass = Class.forName("android.app.ActivityThread");
        Object mInstrumentation = ReflectUtil.getField(activityThreadClass, activityThread, "mInstrumentation");
        // 用代理Instrumentation來替換mMainThread中的mInstrumentation，從而接管Instrumentation的任務
        ReflectUtil.setField(activityThreadClass, activityThread, "mInstrumentation", new InstrumentationProxy((Instrumentation) mInstrumentation, context.getPackageManager()));
    }
}

Step3. 還原插件Activity
上面我們使用插樁Activity來繞過ASM的驗證，接下來的步驟會創建StubActivity實例，會找不到類，並且我們要啓動的是插件Activity而不是插樁Activity，所以就需要對Intent進行還原。
在Activity啓動流程第10步，通過插件的ClassLoader反射創建插件Activity，所以可以在這hook進行還原。

public class InstrumentationProxy extends Instrumentation {
    // ...

    public Activity newActivity(ClassLoader cl, String className, Intent intent) throws IllegalAccessException, InstantiationException, ClassNotFoundException {
        // 獲取插件Activity的類名
        String intentName = intent.getStringExtra(HookHelper.TARGET_INTENT);
        if (!TextUtils.isEmpty(intentName)) {
            // 創建插件Activity實例
            return super.newActivity(cl, intentName, intent);
        }
        return super.newActivity(cl, className, intent);
    }
}

Step4. 在Application中hook Instrumentation。

public class App extends Application {

    @Override
    protected void attachBaseContext(Context base) {
        super.attachBaseContext(base);

        try {
            HookHelper.hookInstrumentation(base);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

處理插件Activity的生命週期
經過上面的處理後，插件Activity可以啓動了，但是是否具有生命週期呢？接下來通過源碼來探索一下。

Activity的finish方法可以觸發Activity生命週期的變化。

public void finish() {
    finish(DONT_FINISH_TASK_WITH_ACTIVITY);
}

private void finish(int finishTask) {
    // ...

    // mToken是該Activity的標識
    if (ActivityManager.getService().finishActivity(mToken, resultCode, resultData, finishTask)) {
        mFinished = true;
    }
}

說明：

調用ASM的finishActivity方法，接着ASM通過ApplicationThread調用ActivityThread。
ActivityThread最終會調用performDestroyActivity方法。

public final class ActivityThread extends ClientTransactionHandler {
    // ...

    ActivityClientRecord performDestroyActivity(IBinder token, boolean finishing, int configChanges, boolean getNonConfigInstance, String reason) {

        // 獲取保存到token的Activity
        mInstrumentation.callActivityOnDestroy(r.activity);
    }
}

token中的Activity是從何而來呢？解析來我們來看看ActivityThread的performLaunchActivity方法。

public final class ActivityThread extends ClientTransactionHandler {

    private Activity performLaunchActivity(ActivityClientRecord r, Intent customIntent) {

        // ...
        activity = mInstrumentation.newActivity(cl, component.getClassName(), r.intent);

        r.activity = activity;

        mActivities.put(r.token, r);
    }
}

說明：在performLaunchActivity方法中，會將當前啓動的Activity放在token中的activity屬性，並將其置於mActivities中，而mInstrumentation的newActivity方法已經被我們hook了，所以該activity即爲插件Activity，後續各個生命週期的調用都會通知給插件Activity。
加載插件中的資源
當插件Activity創建的時候會調用setContentView通過id去操作佈局，因爲凡是通過id去獲取資源的方式都是通過Resources去獲取的。但是宿主apk不知道到插件apk的存在，所以宿主Resources也無法加載插件apk的資源。因此需要爲插件apk構建一個Resources，然後插件apk中都通過這個Resource區獲取資源。

public class PluginHelper {

    private static Resources sPluginResources;

    public static void initPluginResource(Context context) throws Exception {
        Class<AssetManager> clazz = AssetManager.class;
        AssetManager assetManager = clazz.newInstance();
        Method method = clazz.getMethod("addAssetPath", String.class);
        method.invoke(assetManager, context.getExternalFilesDir("plugin").listFiles()[0].getAbsolutePath());
        sPluginResources = new Resources(assetManager, context.getResources().getDisplayMetrics(), context.getResources().getConfiguration());
    }

    public static Resources getPluginResources() {
        return sPluginResources;
    }
}

public class App extends Application {

    @Override
    public Resources getResources() {
        return PluginHelper.getPluginResources() == null ? super.getResources() : PluginHelper.getPluginResources();
    }
}

說明：在Application中重寫getResources，並返回插件的Resources，因爲插件apk中的四大組件實際都是在宿主apk創建的，那麼他們拿到的Application實際上都是宿主的，所以它們只需要通過getApplication().getResources()就可以非常方便的拿到插件的Resource。
插件工程
插件工程比較簡單，就一個Activity。

public class PluginActivity extends AppCompatActivity {

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_plugin);
    }

    @Override
    public Resources getResources() {
        return getApplication() != null && getApplication().getResources() != null ? getApplication().getResources() : super.getResources();
    }
}

說明：重寫getResources方法，並返回插件Resources，因爲需要通過插件Resources才能用id去操作資源文件。節選自（編碼前線 - 簡書）

插件化應用

近些年，一線互聯網大廠幾乎對移動互聯網形成了壟斷，app的功能越來越多，比如下面這些app（美團、支付寶等）：

每個app都集成了許多功能入口，美團上有“美食”、“電影”、“外賣”、“打車”等，每個入口其實都是一個app，只不過被集成到這些入口裏了。如果沒有插件化技術，美團、淘寶這些app會有多大？幾個G都有可能！

這些大型app是如何把第三方app作爲插件集成到自己的app裏的？

隨便一個app就能隨意調用其他app嗎？

當然不能！

插件化技術最初源於免安裝運行apk的想法，這個免安裝的apk可以理解爲插件，而支持插件的app 我們一般叫宿主。支持插件化的app可以在運行時加載和運行插件，這樣便可以將app中一些功能獨立的模塊寫成獨立的插件，一方面減小了安裝包的大小，另一方面可以實現app功能的動態擴展。想要實現插件化，主要是解決下面三個問題：

插件中代碼的加載和與主工程的互相調用
插件中資源的加載和與主工程的互相訪問
四大組件生命週期的管理

插件化技術涉及得非常廣泛，其中最核心的就是Android的類加載機制和反射機制。

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