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插件化开发小结

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引言

先简单介绍一下Android插件化。很早之前已经有公司在研究这项技术,淘宝做得比较早,但淘宝的这项技术一直是保密的。直到2015年才陆续出现很多框架,Android插件化分成很多技术流派,实现的方式都不太一样。

发展历史

首先,要记住2012年这个时间点。2012年的时候,就有人做插件化技术,是大众点评的屠毅敏,他推出了AndroidDynamicLoader框架,用Fragment来实现。大众点评是国内做App比较早的公司,他们积累了很多的经验,尤其是插件化技术 。通过动态加载不同的Fragement,把想换的页面都换掉。我们也是在这个项目中第一次看到了如何通过addAssetPath来读取插件中的资源。

2013年,出现了23Code。23Code提供了一个壳,在这个壳里可以动态下载插件,然后动态运行。可以在壳外编写各种各样的控件,放在这个框架下去运行。这就是Android插件化技术。这个项目的作者和开源地址,目前不是很清楚。

2014年初,大家也许看过一个视频,阿里一位员工做了一次技术分享,专门讲淘宝的Altas技术,以及这项技术的大方向。但是很多技术细节没有分享。

然后是任玉刚的里程碑式的项目。2014年底,玉刚发布了一个Android插件化项目,起名为dynamic-load-apk,这跟后续介绍的很多插件化项目都不太一样。它没有Hook太多的系统底层方法,而是从上层,即App应用层解决问题,创建一个继承自Activity的ProxyActivity类,然后让插件中的所有Activity都继承自ProxyActivity,并重写Activity所有的方法。之所以说这个项目是里程碑式的,是因为在2015年之前业界没有太多资料可以参考。

2015年4月,一个新框架推出来,叫OpenAltas,后来改名为ACDD。这个框架参考了淘宝App的很多经验,主要就是Hook的思想,同时,还首次提出来通过扩展AAPT来解决插件与宿主的资源id冲突的问题。

2015年8月,张勇发布DroidPlugin。这是Android插件化中第二个里程碑式的项目,这个项目太牛了,能把任意的App都加载到宿主里。可以基于这个框架写一个宿主App,然后就可以把别人写的App都当作插件来加载。这个框架的功能的确很强大,但强大的代价就是要改写很多Android系统的底层代码,更别提这哥们还比较懒,没有制订任何说明文档,导致技术人员掌握这个框架不太容易。

再之后就是百花齐放的时代了,GitHub上有很多插件化框架,但这些框架影响都不大,我们这里就略过了。

接下来登场的是热修复技术。2015年5月,iOS推出了JSPatch,JSPatch通过Runtime的机制,能迅速修复线上App任何一个类的任何一个方法。而当时的Android系统没有能迅速替换的方式。于是,在2015年9月,有人找到了实现迅速替换的途径,就是Andfix,后面会讲它的原理。

2015年10月,大众点评的贾吉鑫做了一个项目,起名为Nuwa(女娲),主要思路跟Andfix差不多,都是解决Android的修复问题,能修复线上的任何一个方法。可惜后来没有继续维护。

2015年底,仍然是Android插件化框架,福建的林广亮提出了一个新机制——Small框架,这个机制不太一样的地方就是,通过脚本的方式来解决资源冲突的问题。

2015 年 8 月,DroidPlugin 是 360 手机助手实现的一种插件化框架,它可以直接运行第三方的独立 APK 文件,完全不需要对 APK 进行修改或安装。一种新的插件机制,一种免安装的运行机制,是一个沙箱(但是不完全的沙箱。就是对于使用者来说,并不知道他会把 apk 怎么样), 是模块化的基础。

2017年 6 月 ,VirtualAPK 是滴滴开源的一套插件化框架,支持几乎所有的 Android 特性,四大组件方面。

2017 年 7 月,RePlugin是一套完整的、稳定的、适合全面使用的,占坑类插件化方案,由360手机卫士的RePlugin Team研发,也是业内首个提出”全面插件化“(全面特性、全面兼容、全面使用)的方案。

基础

介绍完Android插件化的历史,接下来讲一讲Android插件化需要的Android系统底层知识。在座的基本都是做Android开发出身,或许有一半到三分之一是资深的,还有的只做了一两年,希望对插件化有更深的认识。要想完全明白插件化技术,首先需要了解Android系统的底层实现。

首先,做Android系统原代码的人应该非常熟悉Binder,如果没有它真的寸步难行。Binder涉及两层技术。你可以认为它是一个中介者模式,在客户端和服务器端之间,Binder就起到中介的作用,这是我这段时间对Binder的思考。要实现四大组件的插件化,就需要在Binder上做修改。Binder服务端的内容没办法修改,只能改客户端的代码。四大组件每个组件的客户端都不太一样,这个需要大家自己去发现,时间关系,这里就不多说了。

学习Binder的最好方式就是AIDL。你可以读到很多关于AIDL的资料,通过制订一个aidl文件自动生成一个Java类,研究一下这个Java类的每个方法和变量,然后再反过来看四大组件,其实都是跟AIDL差不多的方式。

其次,是App打包的流程。代码写完了,执行一次打包操作,中途经历了资源打包、dex生成、签名等过程。其中最重要的就是资源的打包,即AAPT这一步,如果宿主和插件的资源id冲突,一种解决办法就是在这里做修改。

第三,App在手机上的安装流程也很重要。熟悉安装流程不仅对插件化有帮助,在遇到安装bug的时候也非常重要。手机安装App的时候,经常会有下载异常,提示资源包不能解析,这时需要知道安装App的这段代码在什么地方,这只是第一步。第二步需要知道,App下载到本地后,具体要做哪些事情。手机有些目录不能访问,App下载到本地之后,放到哪个目录下,然后会生成哪些文件。插件化有个增量更新的概念,如何下载一个增量包,从本地具体哪个位置取出一个包,这个包的具体命名规则是什么,等等。这些细节都必须要清楚明白。

第四,是App的启动流程。Activity启动有几种方式?一种是写一个startActivity,第二种是点击手机App,通过手机系统里的Launcher机制,启动App里默认的Activity。通常,App开发人员喜闻乐见的方式是第二种。那么第一种方式的启动原理是什么呢?另外,启动的时候,main函数在哪里?这个main函数的位置很重要,我们可以对它所在的类做修改,从而实现插件化。

第五点更重要,做Android插件化需要控制两个地方。首先是插件Dex的加载,如何把插件Dex中的类加载到内存?另外是资源加载的问题。插件可能是apk也可能是so格式,不管哪一种,都不会生成R.id,从而没办法使用。这个问题有好几种解决方案。一种是是重写Context的getAsset、getResource之类的方法,偷换概念,让插件读取插件里的资源,但缺点就是宿主和插件的资源id会冲突,需要重写AAPT。另一种是重写AMS中保存的插件列表,从而让宿主和插件分别去加载各自的资源而不会冲突。第三种方法,就是打包后,执行一个脚本,修改生成包中资源id。

第六点,在实施插件化后,如何解决不同插件的开发人员的工作区问题。比如,插件1和插件2,需要分别下载哪些代码,如何独立运行?就像机票和火车票,如何只运行自己的插件,而不运行别人的插件?这是协同工作的问题。火车票和机票,这两个Android团队的各自工作区是不一样的,这时候就要用到Gradle脚本了,每个项目分别有各自的仓库,有各自不同的打包脚本,只需要把自己的插件跟宿主项目一起打包运行起来,而不用引入其他插件,还有更厉害的是,也可以把自己的插件当作一个App来打包并运行。

上面介绍了插件化的入门知识,一共六点,每一点都需要花大量时间去理解。否则,在面对插件化项目的时候,很多地方你会一头雾水。而只要理解了这六点核心,一切可迎刃而解。

类库

1.DroidPlugin

是360手机助手在Android系统上实现了一种新的插件机制

2.Android-Plugin-Framework

此项目是Android插件开发框架完整源码及示例。用来通过动态加载的方式在宿主程序中运行插件APK。

3.Small

世界那么大,组件那么小。Small,做最轻巧的跨平台插件化框架。里面有很详细的文档

4.dynamic-load-apk

Android 使用动态加载框架DL进行插件化开发

5.AndroidDynamicLoader

Android 动态加载框架,他不是用代理 Activity 的方式实现而是用 Fragment 以及 Schema 的方式实现

6.DynamicAPK

实现Android App多apk插件化和动态加载,支持资源分包和热修复.携程App的插件化和动态加载框架.

7.ACDD

非代理Android动态部署框架

8.android-pluginmgr

不需要插件规范的apk动态加载框架。

9. VirtualAPK

VirtualAPK是滴滴出行自研的一款优秀的插件化框架。

10.android-pluginmgr

不需要插件规范的apk动态加载框架。

11.RePlugin

RePlugin是一套完整的、稳定的、适合全面使用的,占坑类插件化方案,由360手机卫士的RePlugin Team研发,也是业内首个提出”全面插件化“(全面特性、全面兼容、全面使用)的方案。

主流框架

在 Android 中实现插件化框架,需要解决的问题主要如下:

资源和代码的加载

Android 生命周期的管理和组件的注册

宿主 APK 和插件 APK 资源引用的冲突解决

下面分析几个目前主流的开源框架,看看每个框架具体实现思路和优缺点。

DL 动态加载框架 ( 2014 年底)

GItHub:https://github.com/singwhatiwanna/dynamic-load-apk

DL支持的功能

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

DL框架原理

动态加载主要有两个需要解决的复杂问题:资源的访问和activity生命周期的管理,除此之外,还有很多坑爹的小问题,而DL框架很好地解决了这些问题。需要说明的一点是,我们不可能调起任何一个未安装的apk,这在技术上是很难实现的,我们调起的apk必须受某种规范的约束,只有在这种约束下开发的apk,我们才能将其调起。

DroidPlugin ( 2015 年 8 月)

Github:https://github.com/DroidPluginTeam/DroidPlugin

DroidPlugin 是 360 手机助手实现的一种插件化框架,它可以直接运行第三方的独立 APK 文件,完全不需要对 APK 进行修改或安装。一种新的插件机制,一种免安装的运行机制,是一个沙箱(但是不完全的沙箱。就是对于使用者来说,并不知道他会把 apk 怎么样), 是模块化的基础。

DroidPlugin 插件机制 :它可以在无需安装、修改的情况下运行APK文件,此机制对改进大型APP的架构,实现多团队协作开发具有一定的好处。

项目新地址:DroidPlugin

定义:

HOST程序:插件的宿主。

插件:免安装运行的APK

限制和缺陷:

无法在插件中发送具有自定义资源的Notification,例如:

a. 带自定义RemoteLayout的Notification

b. 图标通过R.drawable.XXX指定的通知(插件系统会自动将其转化为Bitmap)

无法在插件中注册一些具有特殊Intent Filter的Service、Activity、BroadcastReceiver、ContentProvider等组件以供Android系统、已经安装的其他APP调用。

缺乏对Native层的Hook,对某些带native代码的apk支持不好,可能无法运行。比如一部分游戏无法当作插件运行。

特点:

支持Androd 2.3以上系统

插件APK完全不需做任何修改,可以独立安装运行、也可以做插件运行。要以插件模式运行某个APK,你无需重新编译、无需知道其源码。

插件的四大组件完全不需要在Host程序中注册,支持Service、Activity、BroadcastReceiver、ContentProvider四大组件

插件之间、Host程序与插件之间会互相认为对方已经”安装”在系统上了。

API低侵入性:极少的API。HOST程序只是需要一行代码即可集成Droid Plugin

超强隔离:插件之间、插件与Host之间完全的代码级别的隔离:不能互相调用对方的代码。通讯只能使用Android系统级别的通讯方法。

支持所有系统API

资源完全隔离:插件之间、与Host之间实现了资源完全隔离,不会出现资源窜用的情况。

实现了进程管理,插件的空进程会被及时回收,占用内存低。

插件的静态广播会被当作动态处理,如果插件没有运行(即没有插件进程运行),其静态广播也永远不会被触发。

Small ( 2015 年底)

Github:https://github.com/wequick/Small

官网:http://code.wequick.net/Small

Small 是一种实现轻巧的跨平台插件化框架,基于“轻量、透明、极小化、跨平台”的理念

优点如下:

1.所有插件支持内置宿主包中。

2.插件的编码和资源文件的使用与普通开发应用没有差别。

3.通过设定 URI ,宿主以及 Native 应用插件,Web 插件,在线网页等能够方便进行通信。

4.支持 Android 、 iOS 、和 Html5 ,三者可以通过同一套 Javascript 接口实现通信。

缺点如下:

暂不支持 Service 的动态注册,不过这个可以通过将 Service 预先注册在宿主的 AndroidManifest.xml 文件中进行规避,因为 Service 的更新频率通常非常低。

VirtualAPK(2017年 6 月 )

VirtualAPK 是滴滴开源的一套插件化框架,支持几乎所有的 Android 特性,四大组件方面。

原理:

VirtualAPK 对插件没有额外的约束,原生的 apk 即可作为插件。插件工程编译生成 apk后,即可通过宿主 App 加载,每个插件 apk 被加载后,都会在宿主中创建一个单独的 LoadedPlugin 对象。如下图所示,通过这些 LoadedPlugin 对象,VirtualAPK 就可以管理插件并赋予插件新的意义,使其可以像手机中安装过的 App 一样运行。

合并宿主和插件的ClassLoader 需要注意的是,插件中的类不可以和宿主重复

合并插件和宿主的资源 重设插件资源的 packageId,将插件资源和宿主资源合并

去除插件包对宿主的引用 构建时通过 Gradle 插件去除插件对宿主的代码以及资源的引用

特性如下:

四大组件均不需要在宿主manifest中预注册,每个组件都有完整的生命周期。

1.Activity:支持显示和隐式调用,支持Activity的theme和LaunchMode,支持透明主题;

2.Service:支持显示和隐式调用,支持Service的start、stop、bind和unbind,并支持跨进程bind插件中的Service;

3.Receiver:支持静态注册和动态注册的Receiver;

4.ContentProvider:支持provider的所有操作,包括CRUD和call方法等,支持跨进程访问插件中的Provider。

5.自定义View:支持自定义 View,支持自定义属性和style,支持动画;

6.PendingIntent:支持PendingIntent以及和其相关的Alarm、Notification和AppWidget;

7.支持插件Application以及插件manifest中的meta-data;

8.支持插件中的so。

优秀的兼容性

兼容市面上几乎所有的Android手机,这一点已经在滴滴出行客户端中得到验证。

资源方面适配小米、Vivo、Nubia 等,对未知机型采用自适应适配方案。

极少的 Binder Hook,目前仅仅 hook了两个Binder:AMS和IContentProvider,hook 过程做了充分的兼容性适配。

插件运行逻辑和宿主隔离,确保框架的任何问题都不会影响宿主的正常运行。

RePlugin(2017 年 7 月)

GitHub:https://github.com/Qihoo360/RePlugin

RePlugin是一套完整的、稳定的、适合全面使用的,占坑类插件化方案,由360手机卫士的RePlugin Team研发,也是业内首个提出”全面插件化“(全面特性、全面兼容、全面使用)的方案。

其主要优势有:

极其灵活:主程序无需升级(无需在Manifest中预埋组件),即可支持新增的四大组件,甚至全新的插件

非常稳定:Hook点仅有一处(ClassLoader),无任何Binder Hook!如此可做到其崩溃率仅为“万分之一”,并完美兼容市面上近乎所有的Android ROM

特性丰富:支持近乎所有在“单品”开发时的特性。包括静态Receiver、Task-Affinity坑位、自定义Theme、进程坑位、AppCompat、DataBinding等

易于集成:无论插件还是主程序,只需“数行”就能完成接入

管理成熟:拥有成熟稳定的“插件管理方案”,支持插件安装、升级、卸载、版本管理,甚至包括进程通讯、协议版本、安全校验等

数亿支撑:有360手机卫士庞大的数亿用户做支撑,三年多的残酷验证,确保App用到的方案是最稳定、最适合使用的

截止2017年6月底,RePlugin的:

特性描述

插件数103(核心57个)

插件占应用比高达83%

年发版次数高达596次(工作日均2次)

崩溃率万分之一(0.01%),极低

时间2014年应用,3年验证

目前360公司几乎所有的亿级用户量的APP,以及多款主流第三方APP,都采用了RePlugin方案。

有关RePlugin的详细介绍,请点击这里阅读《RePlugin 官方 WiKi》

特性

特性描述

组件四大组件(含静态Receiver)

升级无需改主程序Manifest完美支持

Android特性支持近乎所有(包括SO库等)

TaskAffinity & 多进程支持(坑位方案)**

插件类型支持自带插件(自识别)、外置插件**

插件间耦合支持Binder、Class Loader、资源等

进程间通讯支持同步、异步、Binder、广播等

自定义Theme & AppComat支持

DataBinding支持

安全校验支持

资源方案独立资源 + Context传递(相对稳定)

Android 版本API Level 9+ (2.3及以上)

参考文章

APK动态加载框架(DL)解析

Android插件化从入门到放弃-最强合集

包建强的无线技术空间,写给Android App 开发人员看的 Android 底层知识 置顶8篇

有关Android插件化思考

Android插件化原理解析

Android插件化:从入门到放弃

Android博客周刊专题之-插件化开发

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