蘑菇街Android组件与插件化

插件化的基石 -- apk动态加载

随着我街业务的蓬勃发展,产品和运营随时上新功能新活动的需求越来越强烈,经常可以听到“有个功能我想周x上,行不行”。行么?当然是不行啦,上新功能得发新版本啊,到时候费时费力打乱开发节奏不说,覆盖率也是个问题。苏格拉底曾经说过:“现在移动端的主要矛盾是产品日益增长的功能需求与平台落后的发布流程之间的矛盾”。

当然,作为一个靠谱的程序猿,我们就是为了满足产品的需求而存在的(正义脸)。于是在一个阳光明媚的早晨,吃完公司的免费早餐后,我和小强、叶开,决定做一个完善的Android动态加载框架。

Android动态加载技术在蘑菇街的第一次实践,还是在14年的时候,使用的就是之前网上广(tu)为(du)流(si)传(fang)的方式,这种方式有一个重大缺陷,就是插件内部对资源的访问只能通过自己定义的方式,包括对layout文件的inflate等,使用getResouces的方式,分分钟crash给你看,而且内部实现有些复杂,容易出现莫名其妙的ResourcesNotFound错误。在一段时间的使用之后,始终无法大面积推广,原因就是对开发人员来说,写一个“正常”的模块和写一个动态加载模块,写法是不一样的。这件事一直如哏在喉,如果这个框架无法做到对开发业务的同学们透明,那么就很难推广开去。如何做到对业务开发者透明呢,最重要的是对于各类系统api的使用,尤其是Android四大组件的使用和资源访问,都要遵循系统提供的方式。

抛开上面的东西,从头开始讲述一下动态加载的原理:  Android应用程序的.java文件在编译期会通过javac命令编译成.class文件,最后再把所有的.class文件编译成.dex文件放在.apk包里面。那么动态加载就是在运行时把插件apk直接加载到classloader里面的技术。

看完上面的原理,不知道你有没有什么疑问,反正我是有的。

  1. 如何加载插件里面的.dex文件。
  2. apk里面的资源怎么办。

上面两个问题是动态加载框架最重要的两点,无法动态安装dex或资源文件的动态加载框架都是耍流氓。我们在实现这个框架的时候同样也遇到了这两个问题。

如何动态加载插件代码:

关于代码加载,系统提供了 DexClassLoader 来加载插件代码。开发者可以对每一个插件分配一个 DexClassLoader (这是目前最常见的一种方式),也可以动态得把插件加载到当前运行环境的classloader中。蘑菇街采用的是后者,这种方式可以有效的防止各种莫名其妙的 ClassCastException ,当你在crash后台看到各种 A cast A错误而欲哭无泪的时候,我想你会喜欢上这种方式。  事情当然不会这么简单,系统提供的DexClassloader对外api中,只有一种方式可以向类加载器指定加载路径。就是在构造函数中传入apk/zip/dex路径。这完全不符合我们“动态”的原则,难道每次加载一个插件,都必须重新实例化一个类加载器出来吗?这个时候我们想到了google提供的multidex插件,这个插件旨在帮助函数超过65536上限的应用在编译期切割class到多个dex文件中。经过观察发现,5.0以下的Android系统,在应用安装的时候只认classes.dex文件,并在安装期对这个dex文件进行opt操作,生成的odex文件放在/data/dalivk-cache里面。那么剩下classes(N).dex怎么办呢,答案就是如果在编译期使用multidex插件的话,开发者还需要让自己的Application继承 MultiDexApplication ,这样说起来,这个 MultiDexApplication 应该就有加载剩下的classes(N).dex的能力了。查看 MultiDexApplication 代码,果然找到了线索:

public class MultiDexApplication extends Application {
  @Override
  protected void attachBaseContext(Context base) {
    super.attachBaseContext(base);
    MultiDex.install(this);
  }
}

可以看到,它在attachBaseContext函数调用了support包中 MultiDex 类的install函数来安装classes(N).dex,于是都是应用层代码,它能动态安装那表示我们也可以。有了以上的分析,剩下要做的就只是去扒一扒install这个函数了。

如何动态加载插件资源:

我们在开发的时候,当有需要用到资源的地方,可以直接调用 Context 的getResources()函数返回 Resources 的来访问打包在apk中的资源文件。在研究如何动态添加资源到系统的 Resources 对象的时候,有必要先了解一下 Resources 本身是如何访问到资源的。

查看系统的 Resources 源码,我们发现这个类主要做了两件事,首当其冲的当然是访问资源,另外一件就是管理资源配置信息。对于资源的动态加载来说,我们关心的是它如何做第一件事的。 实际上, Resources 对资源的访问,全部代理给了另一个重要的对象 AssetManager 。那么问题转化成了, AssetManager 是如何做到对资源的访问的。 Resources 类在它的构造函数里对AssetManager 做了一些重要的初始化:

public Resources(AssetManager assets, DisplayMetrics metrics, Configuration config,
            CompatibilityInfo compatInfo, IBinder token) {
        mAssets = assets;
        mMetrics.setToDefaults();
        if (compatInfo != null) {
            mCompatibilityInfo = compatInfo;
        }
        mToken = new WeakReference<IBinder>(token);
        updateConfiguration(config, metrics);
        assets.ensureStringBlocks();
}

其中的重点就是调用了 AssetManager 对象的ensureStringBlocks()函数,这个函数的实现如下:

/*package*/ final void ensureStringBlocks() {
    if (mStringBlocks == null) {
        synchronized (this) {
            if (mStringBlocks == null) {
                makeStringBlocks(sSystem.mStringBlocks);
            }
        }
    }
}

函数先判断mStringBlocks变量是否为空,如果不为空的话,表示需要被初始化,于是调用makeStringBlocks函数初始化mStringBlocks:

/*package*/ final void makeStringBlocks(StringBlock[] seed) {
    final int seedNum = (seed != null) ? seed.length : 0;
    final int num = getStringBlockCount();
    mStringBlocks = new StringBlock[num];
    if (localLOGV) Log.v(TAG, "Making string blocks for " + this
            + ": " + num);
    for (int i=0; i<num; i++) {
        if (i < seedNum) {
            mStringBlocks[i] = seed[i];
        } else {
            mStringBlocks[i] = new StringBlock(getNativeStringBlock(i), true);
        }
    }
}

这里的mStringBlocks对象是一个StringBlock数组,这个类被标记为@hide,表示应用层根本不需要关心它的存在。那么它是做什么用的呢,它就是 AssetManager 能够访问资源的奥秘所在, AssetManager 所有访问资源的函数,例如getResourceTextArray(),都最终通过StringBlock再代理到native进行访问的。看到这里,依然没有任何看到能够指示为什么开发者可以访问自己应用的资源,那么我们再看得前面一点,看看传入 Resources 的构造函数之前,asset参数是不是被“做过手脚”。函数调用辗转到ResourceManager的getTopLevelResources函数:

public Resources getTopLevelResources(String resDir, String[] splitResDirs,
                String[] overlayDirs, String[] libDirs, int displayId,
                Configuration overrideConfiguration, CompatibilityInfo compatInfo, IBinder token) {
    ...
    AssetManager assets = new AssetManager();
    if (resDir != null) {
        if (assets.addAssetPath(resDir) == 0) {
              return null;
        }
    }
    ...
}

函数代码有点多,截取最重要的部分,那就是系统通过调用 AssetManager 的addAssetPath函数,将需要加载的资源路径加了进去。addAssetPath函数返回一个int类型,它指示了每个被添加的资源路径在native层一个数组中的位置,这个数组保存了系统资源路径(framework-res.apk),和应用自己添加的所有的资源路径。再回过头看makeStringBlocks函数,就豁然开朗了:

  1. makeStringBlocks函数的参数也是一个StringBlock数组,它表示系统资源,首先它调用getStringBlockCount函数得到当前应用所有要加载的资源路径数量。
  2. 然后进入循环,如果属于系统资源,就直接用传入参数seed中的对象来赋值。
  3. 如果是应用自己的资源,就实例化一个新的StringBlock对象来赋值。并在StringBlock的构造函数中调用getNativeStringBlock函数来获取一个native层的对象指针,这个指针被java层StringBlock对象用来调用native函数,最终达到访问资源的目的。

有兴趣的同学可以继续深入native层的源码,可以看到不管是addAssetPath函数还是makeStringBlocks函数,使用的都是native层同一个数组,这样,这两个函数就被关联了起来。

到这里,我们已经知道了如何动态添加资源路径的“秘密”。

解决了以上两个问题,一个基本满足要求的动态加载框架就被搭了起来。  关于如何延迟加载组件的问题,请期待下一期的 那些年蘑菇街Android组件与插件化背后的故事 

ps:查看native层Resources.cpp的代码,我们发现,Android5.0及以上版本是真正的支持动态添加资源路径到系统 Resources 对象, 直接反射调用getAsset.addAssetPath即可。5.0以下版本只是“伪动态”,需要自己重新实例化一个 Resources 对象和 AssetManager对象,添加完所有需要的资源路径后,替换运行环境的 Resources 对象才可以做到“动态”。这个跟5.0以下的Resources.cpp在初始化完成之后,无法动态扩展resTable有关。

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