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最近，Android手機上的手機管家更新了新版本，提供了紅包鬧鐘功能，只要有微信紅包或者QQ紅包，就會自動提醒。恰逢最近又在做UI自動化的工作，使用到UI Automator框架。幾行代碼，就可以讓手機自動完成某些操作，很有意思，今天就來扒一扒這背後的原理。

UI Automator

首先，官方文檔鎮樓：https://developer.android.com/training/testing/ui-automator

傳統的手工測試，我們需要點擊一些控件元素，來查看輸出的結果是否符合預期。比如在登錄界面，輸入正確的用戶名和密碼，點擊登錄按鈕後，就可以正常登錄。

如果這些操作，每一次都需要手工執行的話，是需要大量的人力成本的，比如手機QQ安卓端，手工用例有上萬條。所以就需要大力推廣自動化測試。

UI自動化作爲測試金字塔的最頂層，承擔了端到端的需求迴歸與灰度驗證任務，其重要性不言而喻。

UI Automator作爲一款Google谷歌推出的，用於UI自動化測試的工具，有着優秀的API與社區文檔。也是目前主流的Android自動化測試框架。它提供了一系列用於獲取手機上頁面控件元素和操作元素的方法，非常方便。

注意：UI Automator測試框架是基於instrumentation的API，運行在Android JunitRunner 之上，同時UI Automator Test只運行在 Android 4.3(API level 18)以上版本。

從一次搶紅包說起

想想我們平時搶紅包的流程是什麼樣的呢？

假如你現在正在刷劇，這時候通知欄提醒你微信有紅包了，於是你點擊通知欄的消息，進入了微信頁面，找到了紅包，再點擊拆紅包的按鈕，小手一抖，幾毛到手。

這麼一想，其實這些步驟完全是一個體力活，要是有個機器人能自動搶就好了！

這個機器人的背後就是AccessibilityService，當然它的具體作用我們稍後再講。

按照我們的現有的邏輯，自動搶紅包大致分爲以下幾個步驟：

識別獲取通知欄的微信紅包的通知事件
點擊通知欄的消息
獲取紅包的消息
點擊按鈕拆紅包

這裏面最最重要的兩個步驟就是識別，操作。接下來我們侃侃這兩步。

怎麼識別頁面控件元素？

首先，我們先來認識一下UI Automator viewer這個工具，位於<android-sdk>/tools/bin目錄下，他可以很方便地掃描和分析 Android 設備上當前顯示的界面組件，展示一棵完整的控件樹，與某一個葉子節點（控件元素）的屬性。

從上圖我們可以看到，頁面的一個登錄按鈕元素，有自己的text屬性，resource-id屬性，content-desc屬性等等。

在UI Automator中，存在uiDevice類，可以通過findObject方法，查看到這些控件元素。

UiObject2 login_btn = uiDevice.findObject(By.desc("登錄"));

現在我們深入findObject方法，

    public UiObject2 findObject(BySelector selector) {
        // 這裏返回匹配選擇器的第一個節點，如果沒有找到匹配的話，就返回null
        AccessibilityNodeInfo node = ByMatcher.findMatch(this, selector, getWindowRoots());
        return node != null ? new UiObject2(this, selector, node) : null;
    }

可以看到，這裏傳入了一個選擇器selector，然後在ByMatcher的findMatch方法中查詢，如果找到了，就返回一個AccessibilityNodeInfo的node，如果沒有找到就返回null。

首先看ByMatcher是什麼東東？這是一個實用工具類，通過它的方法，我們可以在一個樹形結構中搜索到匹配selector的節點。

findMatch方法很簡單，就是一個從根節點開始搜索的樹型搜索方法，不用多說。

AccessibilityNodeInfo是什麼呢？這相當於一個節點，在AccessibilityService的角度來看，這就是一個可訪問到的控件節點。

那這麼來看，findMatch的第三個參數，就是傳入的控件樹的根節點了嗎？我們深入看一下這裏的getWindowRoots方法的關鍵代碼，

 /** 這裏返回活動窗口容器的root節點的列表 */
    AccessibilityNodeInfo[] getWindowRoots() {
        // 等待線程空閒後再執行
        waitForIdle();
        // 初始化一個root節點的集合
        Set<AccessibilityNodeInfo> roots = new HashSet();

        // 通過UiAutomation獲取當前最底部的根窗口容器的root節點
        AccessibilityNodeInfo activeRoot = getUiAutomation().getRootInActiveWindow();  // 這裏使用UiAutomation的方法
        if (activeRoot != null) {
            roots.add(activeRoot);
        }

        // 多窗口容器的搜索
        if (UiDevice.API_LEVEL_ACTUAL >= Build.VERSION_CODES.LOLLIPOP) {
            for (AccessibilityWindowInfo window : getUiAutomation().getWindows()) { // 這裏使用UiAutomation的方法
                AccessibilityNodeInfo root = window.getRoot();
                …………
                roots.add(root);
            }
        }
        return roots.toArray(new AccessibilityNodeInfo[roots.size()]);
    }

這裏要提一下， UiAutomation是Google在Android4.3的時候，發佈的一個自動化框架，它提供了與系統底層交互的能力。

再往下，我們看看UiAutomation的getWindows方法的關鍵代碼：

    public List<AccessibilityWindowInfo> getWindows() {
      ……
        return AccessibilityInteractionClient.getInstance()
                .getWindows(connectionId);
    }

這裏獲取了AccessibilityInteractionClient的實例，然後返回了client的getWindows方法結果。然後再看一下這個getWindows方法的關鍵代碼，

    public List<AccessibilityWindowInfo> getWindows(int connectionId) {
            ……
            IAccessibilityServiceConnection connection = getConnection(connectionId);
            if (connection != null) {
                // 首先去查詢緩存，如果緩存是有的，直接返回
                List<AccessibilityWindowInfo> windows = sAccessibilityCache.getWindows();
                   ……
                    return windows;
                }
                ……
                 // 如果上面的緩存不存在，就調用connection.getWindows方法
                 windows = connection.getWindows();
                 ……
                if (windows != null) {
                    // 把上面獲取到的新的windows放置緩存，並返回
                    sAccessibilityCache.setWindows(windows);
                    return windows;
                }
            } 
             ……
    }

從IAccessibilityServiceConnection開始，在IDE中就開始提示Cannot resolve symbol 'IAccessibilityServiceConnection',無法再跳轉追蹤了。這是因爲這個文件屬於aidl文件，這是Android中用於跨進程通信的接口文件，其具體源碼可以在GoogleSource上面看到，有興趣的同學可以去看一下：IAccessibilityServiceConnection.aidl。這說明，到這裏，UI Automation進程開始了與AccessibilityService進程的通信。我們把當前的程序可以當做是客戶端，那麼Android系統服務就是服務端，從這裏開始，真正深入到Android系統的核心。在下面，就是Android Native的Library庫。

這裏，我們可以用時序圖總結一下：

怎麼操作頁面頁面元素？

我們現在已經知道了UI Automator是怎麼識別控件的，那怎麼操作控件元素呢？比如實現控件的自動點擊。

我們還是從源碼開始入手。比如一個控件元素的點擊動作，在UiObject2類中，關鍵代碼如下：

    public void click() {
        mGestureController.performGesture(mGestures.click(getVisibleCenter()));
    }

首先，getVisibleCenter方法可以根據控件節點信息，也就是上面提到的AccessibilityNodeInfo，獲取到這個控件節點的中心座標點。然後把這個座標點傳給mGesture的click方法，這裏是爲了封裝點擊動作，最後交給mGestureController對象的performGesture方法去實施這個點擊動作。

對於mGesture的click方法，這個mGesture是一個構造工廠，它的click方法直接生成了一個PointerGesture對象，這個對象表示的是執行手勢操作時的動作。比如手勢的開始座標點，結束座標點，持續時間，移動方向，速度等等。

重點看一下mGestureController對象的performGesture方法，其關鍵代碼如下：

public void performGesture(PointerGesture ... gestures) {
          …………
         // 執行傳入的手勢操作動作
        MotionEvent event;   // 這個是關於運動事件
        for (……) {
                 …………
               // 初始化運動事件，並調用UI Automation的injectInputEvent注入事件，異步執行
                event = getMotionEvent(……);
                getDevice().getUiAutomation().injectInputEvent(event, true);
                …………
            }
          …………
        }
}

這裏可以看到事件的注入，也是通過UI Automation來完成的。看一下injectInputEvent方法的關鍵代碼，

    public boolean injectInputEvent(InputEvent event, boolean sync) {
        …………
        // 異步執行，這段代碼之前有關於鎖的操作
        return mUiAutomationConnection.injectInputEvent(event, sync);
        …………
    }

我們發現也是通過一個connection來執行操作的，這個connection對象對應的IUiAutomationConnection類，也屬於一個aidl文件。

這裏也放一個時序圖，

AccessibilityService

AccessibilityService根據官方說明，是指開發者通過增加類似contentDescription的屬性，從而在不修改代碼的情況下，讓殘障人士能夠獲得使用體驗的優化，大家可以打開AccessibilityService來試一下，點擊區域，可以有語音或者觸摸的提示，幫助殘障人士使用App。

當然，現在國內，AccessibilityService已經被玩兒壞了，越來越多的App借用AccessibilityService來實現了一些其它功能，甚至是灰色產品。

在國內，通過AccessibilityService實現的功能包括免Root自動安裝，自動搶紅包，微信消息自動回覆等等黑科技。

當然也有一些惡意功能，比如軟件防卸載。當用戶想要卸載你的App的時候，一般會來到設置界面，找到你的App然後選擇卸載，那麼如果我們監控這個頁面，如果發現是自己的App，就直接退出，這樣不就無法卸載了嗎？是的，簡簡單單，但是背後的惡意卻讓人心寒。