Android插件化實(shí)現(xiàn)原理及方案
插件化實(shí)現(xiàn)主要分為三部，和把大象關(guān)進(jìn)冰箱的步驟一樣多。第一步動(dòng)態(tài)加載插件，第二步hook系統(tǒng)啟動(dòng)四大組件過程來啟動(dòng)插件中的組件，第三步插件中的資源加載。下面依照步驟來依次介紹。
第一步 動(dòng)態(tài)加載插件
大家都知道Android打包編譯過程中會(huì)把所有Java源文件，編譯成Class文件，然后經(jīng)過字節(jié)碼優(yōu)化處理打包到dex文件中。在App執(zhí)行時(shí)，又會(huì)從dex文件中加載Class文件到JVM中執(zhí)行。通常一個(gè)dex文件最多能容納65535個(gè)方法，但是由于目前App的業(yè)務(wù)增加以及第三方庫的依賴一個(gè)App中的方法數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過65535個(gè)方法，因此google推出Muldex策略來兼容，實(shí)現(xiàn)原理是用一個(gè)數(shù)組存放多個(gè)dex文件。了解了這個(gè)特性后我們就可以以此為切入點(diǎn)，在App啟動(dòng)運(yùn)行時(shí)把我們的插件種的dex列表與宿主App的dex列表合并到一起來加載插件。
要實(shí)現(xiàn)插件的加載，需要先了解Android中類加載機(jī)制。
Android中使用到的類加載主要用到以下幾個(gè)類。
DexClassLoader,PathClassLoader,BaseDexClassLoader,BootClassLoader,ClassLoader。他們的關(guān)系如下圖：
ClassLoader為基類，loadClass方法在基類中實(shí)現(xiàn)
BootClassLoader加載SDK中類
PathClassLoader與DexClassLoader繼承BaseDexClassLoader，兩個(gè)類的構(gòu)造方法中都調(diào)用BaseDexClassLoader，不同之處是兩個(gè)類的參數(shù)不一樣，其實(shí)Android8.0以后兩個(gè)類實(shí)現(xiàn)的功能是完全一致的。BaseDexClassLoader具體實(shí)現(xiàn) findClass過程。
loadClass方法如下（SDKVersion=26）：
protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
throws ClassNotFoundException
{
// First, check if the class has already been loaded
Class<?> c = findLoadedClass(name);
if (c == null) {
try {
if (parent != null) {
c = parent.loadClass(name, false);
} else {
c = findBootstrapClassOrNull(name);
}
} catch (ClassNotFoundException e) {
// ClassNotFoundException thrown if class not found
// from the non-null parent class loader
}
if (c == null) {
// If still not found, then invoke findClass in order
// to find the class.
c = findClass(name);
}
}
return c;
}
我們來看一下具體實(shí)現(xiàn)，首先執(zhí)行findLoadedClass（）方法，如果類已經(jīng)加載過直接返回，如果沒有加載過會(huì)首先判斷parent是否為空，如果不為空用parent實(shí)例來遞歸加載類（這里是雙親委派機(jī)制），如果parent為空加載Android sdk中的系統(tǒng)類，如果最后還為空會(huì)才會(huì)調(diào)用 findClass方法，findClass方法ClassLoader為空實(shí)現(xiàn)，具體實(shí)現(xiàn)在BaseDexClassLoader中。我們繼續(xù)看一下findClass方法實(shí)現(xiàn)
@Override
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
List<Throwable> suppressedExceptions = new ArrayList<Throwable>();
Class c = pathList.findClass(name, suppressedExceptions);
if (c == null) {
ClassNotFoundException cnfe = new ClassNotFoundException(
"Didn't find class \"" + name + "\" on path: " + pathList);
for (Throwable t : suppressedExceptions) {
cnfe.addSuppressed(t);
}
throw cnfe;
}
return c;
}
我們看到實(shí)現(xiàn)中調(diào)用了 DexPathList的findCLass方法，我們?cè)龠M(jìn)去看pathList.findClass實(shí)現(xiàn)
public Class<?> findClass(String name, List<Throwable> suppressed) {
for (Element element : dexElements) {
Class<?> clazz = element.findClass(name, definingContext, suppressed);
if (clazz != null) {
return clazz;
}
}
if (dexElementsSuppressedExceptions != null) {
suppressed.addAll(Arrays.asList(dexElementsSuppressedExceptions));
}
return null;
}
方法里調(diào)用循環(huán)一個(gè)Element數(shù)組，Element類中findClass來具體查找Class，我們?cè)倏匆幌翬lement實(shí)現(xiàn)
static class Element {
、
、
、
private final DexFile dexFile;
、
、
、
public Element(DexFile dexFile, File dexZipPath) {
this.dexFile = dexFile;
this.path = dexZipPath;
}
、
、
、
public Class<?> findClass(String name, ClassLoader definingContext,
List<Throwable> suppressed) {
return dexFile != null ? dexFile.loadClassBinaryName(name, definingContext, suppressed)
: null;
}
、
、
、
我們可以看到一個(gè)Element對(duì)象對(duì)應(yīng)一個(gè)dex文件，到此我們找到了類的整個(gè)加載過程，現(xiàn)在就可以想辦法把我們插件中的dex加載到宿主中。由于我們需求修改的類都是private或是protect方法，只能通過反射讀取來實(shí)現(xiàn)，具體實(shí)現(xiàn)如下：
public static void loadPlugin(Context context){
try{
//讀取DexPathList中的dexElements字段
Class dexPathListClass = Class.forName("dalvik.system.DexPathList");
Field dexElementsFiled = dexPathListClass.getDeclaredField("dexElements");
dexElementsFiled.setAccessible(true);
//讀取BaseDexClassLoader中的pathList字段
Class dexClassLoaderClass = Class.forName("dalvik.system.BaseDexClassLoader");
Field dexPathListFiled = dexClassLoaderClass.getDeclaredField("pathList");
dexPathListFiled.setAccessible(true);
//獲取宿主ClassLoader實(shí)例，并根據(jù)ClassLoader實(shí)例獲取 pathList字段實(shí)例，再根據(jù)pathList實(shí)例獲取dexElements數(shù)組實(shí)例
ClassLoader hostClassLoader = context.getClassLoader();
Object hostDexPathListObject = dexPathListFiled.get(hostClassLoader);// 宿主pathList 字段對(duì)象實(shí)例
Object[] hostDexElementsObject = (Object[])dexElementsFiled.get(hostDexPathListObject); //dexElements 字段對(duì)象實(shí)例
//根據(jù)插件Apk的存放路徑來創(chuàng)建插件ClassLoader,并獲取插件classLoader的pathList實(shí)例與插件dexElements實(shí)例
DexClassLoader pluginClassLoader = new DexClassLoader(pluginApkPath,context.getCacheDir().getAbsolutePath(),null,hostClassLoader);
Object pluginDexPathListObject = dexPathListFiled.get(pluginClassLoader);// 插件pathList 字段對(duì)象實(shí)例
Object[] pluginDexElementsObject = (Object[])dexElementsFiled.get(pluginDexPathListObject); //插件dexElements 字段對(duì)象實(shí)例
// 創(chuàng)建一個(gè)新Element數(shù)組 合并宿主與插件的dexElements并賦值給宿主的dexElements
Object[] newElement = (Object[]) Array.newInstance(
hostDexElementsObject.getClass().getComponentType(),
hostDexElementsObject.length + pluginDexElementsObject.length);
System.arraycopy(hostDexElementsObject, 0, newElement,
0, hostDexElementsObject.length);
System.arraycopy(pluginDexElementsObject, 0,
newElement, hostDexElementsObject.length, pluginDexElementsObject.length);
dexElementsFiled.set(hostDexPathListObject,newElement);
}catch (Exception e){
e.printStackTrace();
}
第一步完成。
第二步啟動(dòng)插件中的Activity
需要啟動(dòng)插件中的Activity需要了解Activity的啟動(dòng)流程，Activity啟動(dòng)流程分析是一項(xiàng)大工程涉及到當(dāng)前進(jìn)程去系統(tǒng)進(jìn)程ActivityManagerService通信交互這里不詳細(xì)解析，只介紹一下大致流程。當(dāng)前App進(jìn)程調(diào)用startActivity時(shí)會(huì)通過IBinder機(jī)制與AMS通信，AMS接收消息處理啟動(dòng)后會(huì)再通過IBinder機(jī)制告訴當(dāng)前App進(jìn)程啟動(dòng)Activity。
那我們?cè)鯓訂?dòng)我們插件中的組件呢，答案是繞過系統(tǒng)來啟動(dòng)。具體實(shí)現(xiàn)方式是先在宿主中建立一個(gè)ProxyActivity，當(dāng)我們啟動(dòng)插件Activity過程中在當(dāng)前App進(jìn)程與Ams進(jìn)程 通信前把啟動(dòng)插件Activity的Intent換成啟動(dòng)宿主中ProxyActivity的Intent，當(dāng)Ams啟動(dòng)完成與當(dāng)前App進(jìn)程通信時(shí)再攔截消息把Intent中的ProxyActivity的Intent還原為插件的Activity的Intent。（好騷的操作）
具體實(shí)現(xiàn)通過反射與動(dòng)態(tài)代理Ams 實(shí)現(xiàn)intent替換。經(jīng)Activity的startActivity方法我們可以看到 Instrumentation.execStartActivity()方法中調(diào)用ActivityTaskManager.getService()方法來實(shí)現(xiàn)，在ActivityTaskManager.getService()方法中獲取 IActivityTaskManagerSingleton實(shí)例，由于此實(shí)例是靜態(tài)變量并且類加載時(shí)已經(jīng)初始化正好可以用反射讀取實(shí)例。以下是部分代碼實(shí)現(xiàn)
當(dāng)前進(jìn)程與Ams進(jìn)程交互之前
Instrumentation.java
@UnsupportedAppUsage
public ActivityResult execStartActivity(
Context who, IBinder contextThread, IBinder token, Activity target,
Intent intent, int requestCode, Bundle options) {
、、、
try {
intent.migrateExtraStreamToClipData();
intent.prepareToLeaveProcess(who);
int result = ActivityTaskManager.getService()
.startActivity(whoThread, who.getBasePackageName(), intent,
intent.resolveTypeIfNeeded(who.getContentResolver()),
token, target != null ? target.mEmbeddedID : null,
requestCode, 0, null, options);
checkStartActivityResult(result, intent);
} catch (RemoteException e) {
throw new RuntimeException("Failure from system", e);
}
return null;
}
ActivityManager .java
public static IActivityManager getService() {
return IActivityManagerSingleton.get();
}
private static final Singleton<IActivityManager> IActivityManagerSingleton =
new Singleton<IActivityManager>() {
@Override
protected IActivityManager create() {
final IBinder b = ServiceManager.getService(Context.ACTIVITY_SERVICE);
final IActivityManager am = IActivityManager.Stub.asInterface(b);
return am;
}
};
通過分析代碼實(shí)現(xiàn)hook攔截替換參數(shù)中的Intent改變?yōu)镻roxyActivity
/**
* 啟動(dòng)插件 Activity 在系統(tǒng)交互前替換插件Activity的Intent 為 代理Activity的Intent
*/
private static void hookAmsReplacePluginIntent(){
try {
Class activityManagerClass = Class.forName("android.app.ActivityManager");
Field activityManagerField = activityManagerClass.getDeclaredField("IActivityManagerSingleton");
activityManagerField.setAccessible(true);
Object activityManagerObject = activityManagerField.get(null);
Class singletonClass = Class.forName("android.util.Singleton");
Field singletonField = singletonClass.getDeclaredField("mInstance");
singletonField.setAccessible(true);
final Object mInstance = singletonField.get(activityManagerObject);
Class iActivityManagerClass = Class.forName("android.app.IActivityManager");
Object proxyClass = Proxy.newProxyInstance(Thread.currentThread().getContextClassLoader(), new Class[]{iActivityManagerClass}, new InvocationHandler() {
@Override
public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
if("startActivity".equals(method.getName())){
int index = 0;
for (int i = 0; i < args.length; i++) {
if (args[i] instanceof Intent) {
index = i;
break;
}
}
//拿到了 intent --》 插件：1
Intent intent = (Intent) args[index];
// 替換
Intent proxyIntent = new Intent();
proxyIntent.setClassName("com.spw.pluginsample",
"com.spw.pluginsample.ProxyActivity");
proxyIntent.putExtra(TARGET_INTENT, intent);
//代理替換了插件的
args[index] = proxyIntent;
}
return method.invoke(mInstance,args);
}
});
singletonField.set(activityManagerObject,proxyClass);
}catch (Exception e){
e.printStackTrace();
}
}
當(dāng)Ams完成啟動(dòng)請(qǐng)求處理與當(dāng)前進(jìn)App進(jìn)程交互還原Intent
在ActivityThread中 Handler類型 mH參數(shù)來接消息并處理系統(tǒng)消息
在ActivityThread中發(fā)現(xiàn)處理activity啟動(dòng)部分代碼實(shí)現(xiàn)如下：
public void handleMessage(Message msg) {
if (DEBUG_MESSAGES) Slog.v(TAG, ">>> handling: " + codeToString(msg.what));
switch (msg.what) {
case LAUNCH_ACTIVITY: {
Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "activityStart");
final ActivityClientRecord r = (ActivityClientRecord) msg.obj;
r.packageInfo = getPackageInfoNoCheck(
r.activityInfo.applicationInfo, r.compatInfo);
handleLaunchActivity(r, null, "LAUNCH_ACTIVITY");
Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER);
} break;
case RELAUNC
找到了方法我們就可以在此處攔截消息再把我們的Intent改為插件中的Activity,具體實(shí)現(xiàn)如下：
···
private static void hookActivityThreadReStorePluginIntent(){
try {
Class actThreadClazz = Class.forName("android.app.ActivityThread");
Field currentActivityThreadField = actThreadClazz.getDeclaredField("sCurrentActivityThread");
currentActivityThreadField.setAccessible(true);
Object currentActivityThreadObject = currentActivityThreadField.get(null);
Field handerField = actThreadClazz.getDeclaredField("mH");
handerField.setAccessible(true);
Object handlerObject = handerField.get(currentActivityThreadObject);
Class handlerClazz = Class.forName("android.os.Handler");
Field handlerCallbackField = handlerClazz.getDeclaredField("mCallback");
handlerCallbackField.setAccessible(true);
Object handlerCallbackObject = new Handler.Callback() {
@Override
public boolean handleMessage(@NonNull Message msg) {
switch (msg.what){
case 100:
try {
// 替換的：Intent intent; --》 ActivityClientRecord的對(duì)象 == msg.obj
Field intentField = msg.obj.getClass().getDeclaredField("intent");
intentField.setAccessible(true);
// 代理的
Intent proxyIntent = (Intent) intentField.get(msg.obj);
// 獲取插件的
Intent intent = proxyIntent.getParcelableExtra(TARGET_INTENT);
//替換
if (intent != null) {
intentField.set(msg.obj, intent);
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
break;
default:
break;
}
return false;
}
};
handlerCallbackField.set(handlerObject,handlerCallbackObject);
}catch (Exception e){
e.printStackTrace();
}
}
···
實(shí)現(xiàn)原理反射拿的ActivityThread實(shí)例 sCurrentActivityThread,再根據(jù)此實(shí)例拿到mH的Handler實(shí)例，Handler中的callback參數(shù)實(shí)際是做消息攔截處理的，由于mH默認(rèn)沒有此參數(shù)，我們可以創(chuàng)建callback對(duì)象并賦值給mH,在callback中我們正好做消息攔截處理把啟動(dòng)插件的Intent還原來啟動(dòng)我們插件的Activity。
第三步插件中資源加載
這一步實(shí)現(xiàn)比較簡(jiǎn)單，我們采取宿主資源和插件資源隔離方式，讓插件統(tǒng)一加載插件資源。因?yàn)椴寮虞d都是通過Resources類進(jìn)行加載，能過源代碼我們又能知道Resources其實(shí)也是依賴AssetManager來加載。這樣我們就可以把插件的資源讀取出來，新建Resources實(shí)例。下面見代碼實(shí)現(xiàn)
public static Resources loadResources(Context context) {
try {
AssetManager assetManager = AssetManager.class.newInstance();
Method addAssetPathMethod = assetManager.getClass().getDeclaredMethod("addAssetPath", String.class);
addAssetPathMethod.setAccessible(true);
addAssetPathMethod.invoke(assetManager, apkPath);
// AssetManager 加載的資源路徑 是插件的
Resources resources = context.getResources();
return new Resources(assetManager, resources.getDisplayMetrics(),
resources.getConfiguration());
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
return null;
}
所有插件中的Activity都重寫 getResources方法來加載插件中的資源文件，可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)BasePluginActivity來重寫此方法，所有插件中的Activity都繼承BasePluginActivity。
@Override
public Resources getResources() {
Resources resources = LoadResourceUtil.getResources(getApplication());
return resources == null ? super.getResources() : resources;
}
}
到此，一個(gè)簡(jiǎn)單的插件加載過程就完成了。本文是以sdk 為26的版本為例實(shí)現(xiàn)，其它版本在啟動(dòng)Activity有略不有空，需要根據(jù)版本做不同的hook處理。其原理是一樣的,如有問題，歡迎大家指證！
