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Android 插件化:从入门到放弃

2016 年 7 月 13 日

本文根据包建强在 2016GMTC 全球移动开发大会上的演讲整理而成。

首先自我介绍一下,我叫包建强,是这个分场的主持人。我去年写了一本书,叫《App 研发录》,相信有很多从事技术的朋友看过或买过。

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。我今天的主题就是,Android 插件化的不同流派、不同思想,以及做插件化需要掌握哪些知识。

今天分享的题目是“从入门到放弃”。插件化技术不是 45 分钟演讲能说清楚的,我大致算了一下,要真能讲清楚这门技术起码需要六个小时,每个小时讲一个主题,包括 Android 底层系统与插件化相关的类、四大组件的原理与相应插件化实现方式、增量更新、AAPT 等技术 。今天的分享浓缩成 45 分钟,希望大家可以获益。

分享内容分成七大部分。首先是前世今生,即插件化的历史。第二部分是入门知识,即与插件化有关的 Android 系统底层的实现原理。第三部分是技术流派,即目前 Android 插件化多种技术流派及其具体不同的实现方式。第四部分是周边相关的技术实现。第五部分是目前国内流行的开源框架,包括各个公司正在使用的框架,还有流传不是很广但意义也很重大的框架。第六,是针对 Android 插件化的一些问题的经验分享。最后,是 Android 插件化的未来——我们是否该放弃这门技术。

前世今生

Android 插件化的历史,可能是本次演讲最有价值的内容。我梳理了三年前到现在 Android 插件化发展的一些规律。

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。之后曾和玉刚聊天,他十分感慨当年如何举步维艰地开发这个框架。我当时在途牛工作,使用了这个 Android 插件化框架。

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。360 的田维术曾编写了一系列文章,专门介绍这个框架,后面我会介绍。

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。

最后,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。

入门知识

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。

技术流派

接下来是技术流派。技术流派目前分三种。

第一种是动态替换,也就是 Hook。可以在不同层次进行 Hook,从而动态替换也细分为若干小流派。可以直接在 Activity 里做 Hook,重写 getAsset 的几个方法,从而使用自己的 ResourceManager 和 AssetPath;也可以在更抽象的层面,也就是在 startActivity 方法的位置做 Hook,涉及的类包括 ActivityThread、Instrumentation 等;最高层次则是在 AMS 上做修改,也就是张勇的解决方案,这里需要修改的类非常多,AMS、PMS 等都需要改动。总之,在越抽象的层次上做 Hook,需要做的改动就越大,但好处就是更加灵活了。没有哪一个方法更好,一切看你自己的选择。

第二种是静态代理,这是任玉刚的框架采取的思路。写一个 PluginActivity 继承自 Activity 基类,把 Activity 基类里面涉及生命周期的方法全都重写一遍,插件中的 Activity 是没有生命周期的,所以要让插件中的 Activity 都继承自 PluginActivity,这样就有生命周期了。

第三种是 Dex 合并,Dex 合并就是 Android 热修复的思想。刚才说到了两个项目——AndFix 和 Nuwa,它们的思想是相同的。原生 Apk 自带的 Dex 是通过 PathClassLoader 来加载的,而插件 Dex 则是通过 DexClassLoader 来加载的。但有一个顺序问题,是由 Davlik 的机制决定的,如果宿主 Dex 和插件 Dex 都有一个相同命名空间的类的方法,那么先加载哪个 Dex,哪个 Dex 中的这个类的方法将会占山为王,后面其他同名方法都替换了。所以,AndFix 热修复就是优先加载插件包中的 Dex,从而实现热修复。由于热修复的插件包通常只包括一个类的方法,体量很小,和正常的插件不是一个数量级的,所以只称为热修复补丁包,而不是插件。

技术周边

关于技术周边的内容有三个部分。首先是 AAPT,资源冲突,就是说默认 App 应用,插件里的资源和数据资源冲突,如果不引入这个资源,相安无事。很多时候就算有冲突也无所谓,问题就出在插件引用资源的时候有冲突了,无法解决,怎么办?那就要立刻改写 App。有一个关于打包的 App,可以加当前的前缀,改成你想要的。比如,火车票和酒店分别取名,这样就可以指定前缀、打包,插进一个模块,资源的前缀都不一样。小米也承认,会占用 0x11 这个前缀。这是需要关注的一个点。

第二是增量更新。360 目前最牛逼的地方是,把所有数据跟之前一个版本差,产生增量的数据。他们当然也更新了插件化。360 的刘存栋做了一个增量更新的框架。可以在后台服务器把两个版本的 Android App 做拆分,然后把增量包下载到本地,再跟本地进行合并,提供一个 STK,再合在一起,这就是增量更新。

第三是插件管理平台,要管理每个版本的差异、每个插件最低数据的版本号。

尴尬困境

接下来是最近两年出现的一些尴尬困境。

首先,插件化已经沦落为修 bug 的工具。这跟插件化的初衷不一样,插件化是实现新功能,而不是修复 bug。

其次,插件化现在有一个更好的替代品——RN。接下来,RN 会是真正实现动态化的最佳方式,至少我是这么认为的。

第三,插件化技术只在中国有市场。国外的公司根本不看好这项技术,这可能是因为他们用 GooglePlay,而谷歌官方不建议用插件化这种方式。国外开发者不敢越雷池半步。

第四,四大组件都需要做插件化吗?根据我自己的经验,做一款电商或旅游类的 App,有一两百个 Activity,Service 用得很少,ContentProvider 和 BroadcastReceiver 基本不用。所以,这种 App 实现 Activity 和 Service 的插件化就够了。像手机助手这样的 App,非常频繁使用四大组件,所以四大组件都必须实现插件化,这也是张勇当年在 360 开发出 DroidPlugin 支持四大组件的原因。

未来方向

最后讲一下 Android 插件化未来的方向。阿里一位技术专家冯森林曾说,插件化最厉害的发展方向应该是每个 Activity 都是一个插件。这个观点在插件化技术交流群里一提出来之后,群里所有人都沉默良久。仔细想想,插件化的未来好像的确是这个发展方向,这样就可以将任何一个出问题的 Activity 迅速替换。但当 RN 一经提出,这个观点就慢慢消失了,RN 比插件化更轻量级,越来越多人选择了 RN。

其次,就是双开技术。双开技术是现在非常火的一项技术。如果想实现这种机制,一定要实现上面讲的插件化所涉及的内容。宁波一位高中生 Lody,他从初三就开始研究这门技术,将很多不错的双开项目放在 GitHub 上。

第三,刚才讲的所有数据都增量下载的机制,大家都可以实施一下,虽然做起来很麻烦,但是一旦实现,会让你的 App 非常快。比如,你每次进入都需要刷新城市列表吗?大约几百 KB,即使你开 gzip,刷新速度仍然很慢,这时候增量更新就是一个很好的方式。

最后是内功的修炼。通读一遍上面列出来的基础知识,然后再去做 App 应用,你会清楚知道静态广播、动态广播具体什么时候用,什么情况下可能出 bug。AIDL 可能会很少用,但真正做设计和实现的时候,这个基本功就非常重要了。所以,插件化只是一门技术,你最应该关注的是其背后的本质,也就是内功修炼。


感谢陈兴璐对本文的审校。

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2016 年 7 月 13 日 17:4725233

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