Android组件化架构实践

引言

从工程领域来看,模块化、组件化、插件化三种技术都是指将复杂代码进行拆分,达到解偶分层、便于管理的目的。普遍意义上,将代码按照业务模块划分就是模块化,如果再进一步从模块化代码中抽出通用于所有App的组件,作为一个独立的module或者maven依赖(比如一些比较有名的第三方SDK),这个组件生成的过程就叫组件化。插件化则是指将App按一定规则拆分成几个若干个APK,除了主APK,其他APK均可以通过网络下发然后通过主APK加载。通过加载、修改、卸载非主APK,一定程度上给予了APP热修复的功能。然而随着Android 9.0上私有API的限制,插件化受到了极大的限制,主流方案慢慢向稳定、务实的的组件化方案演进。

组件化架构

比较传统的一些架构是利用MVC、MVP、MVVM对项目进行分包,然而随着项目代码量越来越多,修改的时候会牵一发而动全身,而且不利于并行开发和回归测试。通过将一些通用的代码进行拆分,然后使用maven依赖进来,可以减少本地的代码量并解偶了一部分维护工作。随着业务的日渐复杂,aar级别的组件化还不够,每次修改部分业务都会需要对其他相关业务进行进行回归测试,一些当前版本不会用到的代码仍然会打包进APk,这样不利于后续的维护。所以业界相继提出了“组件化架构”的思想,也就是在整个Project层面对代码按照模业务块、功能模块、基础模块进行划分,然后在具体的Module中用MVC、MVP、MVVM等思想构建具体的代码。如下图所示:

其中基础组件层主要包括:网络库、日志库、路由库等。但在实际的开发过程中,往往需要对这些基础库封装一层,比如对网络库用观察者模式封装一层来实现UI移步加载、路由需要自定义拦截器等,这一层就是我们的service层,也就是功能组件层。Service层的主要目的是向外提供服务,而业务组件则是具体的业务逻辑。具体的分包示意图如下:

为了避免循环依赖和业务逻辑之间的交叉,同一层的组件是不能直接相互引用的。 这是因为: 1)除了主Module,其他任何一个业务组件都可能是处于加载或者不加载的状态,比如有2个模块A和B,如果相互依赖,且假设没有加载B,而线上模块A使用了B中功能,那么A可能会crash; 2)任何一个业务组件都是独立的,也就是说可能是由不同的部门并行开发的,不应该互相依赖。 鉴于这两个规则,同一层之间是不能直接通信(如果只考虑第1点,不考虑独立依赖,可以使用反射,但是不够美观且会影响性能)。 这个通信包括两方面: 1)界面之间的相互跳转; 2)服务之间及业务之间的相互调用。同时组件如何注册、加载、卸载,这些都是组件化架构需要解决的。

实践方案

结合上述的理论基础,在实践过程中需要解决的技术难点主要有:模块间的通信、路由表的自动维护、组件的生命周期管理、主包管理及进程间通信等。

1. 通信

说到通信,我们能想到的方案有两种,路由和事件总线。路由可以解决界面的跳转和一些dialog、toast的显隐,但是不能解决服务之间的相互调用和回调。业界提出了类似于Android中四大组件之一ServiceManager的处理方法--“接口下沉”,也就是在基础组件层新建一个ServiceManager,并提供通用服务接口IService,在需要暴露服务的地方实现该接口并手动/自动注册到ServiceManager中,这样任何需要该服务的地方都可以通过:ServiceManager.get(Class<t style="margin: 0px; padding: 0px; max-width: 100%; box-sizing: border-box; word-wrap: break-word !important;">clz)静态工厂方法取得,类似于ServiceManager中的addService(String name, IBinder service)和IBinder getService(String name)方法,当然ServiceManager类完全可以由注解来生成。第二种方案就是使用事件总线,比如EventBus或者RxBus,因为事件总线本身是通过观察者模式实现的同时可以支持跳转,所以也可以用来替代路由+“接口下沉”的方案。</t>

2. 自动注册

在实践过程中,现有的方案都需要维护3个HashMap,分别是路由表、服务表以及组件表,当服务多到一定的程度,手动维护3个哈希表是一场灾难。以小赢理财现有的Scheme路由库为例,初代版本中是在内存中维护一个静态的HashMap路由表,key表示路径,value代表calss。虽然这样方便省事但是可维护性较差,一旦跳转规则变化或者忘记及时更新则会失效。秉承着“能让机器完成绝不自己动手”的原则,在迭代中改成了通过反射去扫描AndroidManifest,自动生成维护HashMap,这样可以做到map的自动注册。但是由于扫描是在Application的onCreare()方法中完成,用AOP测试发现扫描过程比较耗时,这种自动化的方式是以牺牲启动时间为代价的。联想到注解,可以通过编译时注解插入代码动态生成HashMap,但尝试过后发现部分场景下行不通,因为编译时注解的特性只在源码编译时生效,无法扫描到aar包里的注解,这种情况不适合远程预埋aar,动态下发的场景。运行时注解也会不可避免的会造成性能的缺失。幸运的是,Android官方提供了Transform API,可以用来在.class转换为.dex前操作class文件。这样配合ASM(如果觉得javap命令生成字节码太麻烦,可以使用IntelliJ IDEA插件‘Bytecode outline’,可方便快捷根据java类生成字节码)或javassist就可以动态的修改字节码,从而动态生成HashMap而不需要损耗性能。这种方式配合后台下发的方式,就能保住灵活性。

大致步骤如下:

  1. 新建buildSrc工程,或者独立工程;
  2. 接入Transform依赖:implementation 'com.android.tools.build:gradle:3.2.1',值得注意的是这个包里面包含了ASM库;
  3. 新建一个class实现Transform类,将扫描范围设置为:TransformManager.SCOPEFULLPROJECT,并在tranform(TransformInvocation transformInvocation)中遍历目录输入和jar输入,并使用ClassVisitor操作字节码;
  4. 最后在自定义Plugin中注册这个自定义Transform。

具体的操作细节可以参考官方文档。

3. 组件生命周期管理

一个进程对应着一个虚拟机,虚拟机需要管理APk的生命周期。同理,如果把APP看作一个虚拟机,把各个业务组件看成是小型的APP,那么APP是需要妥善管理各个业务组件的生命周期的。也就是说我们需要同步资源初始化、使用、销毁的时机。可以模拟虚拟机的工作流程:加载-验证-准备-解析-初始化-使用-卸载,同时使用ApplicationDelegate代理,hook住Application的各个生命周期,这样就可以实现组件的同步加载,需要主动销毁时,则可以将module手动卸载。

4. 依赖和主包管理

随着拆分出来的Module和aar越来越多,每次都需要重复配置依赖和项目基本参数。由于每层(主Module层、业务组件层、功能组件层、基础组件层)之间的依赖都大同小异的,因此抽出一层gradle_component,专门用来配置通用gradle,这样就可以统一依赖,比如:

然后把这些gradle分别apply到对应的层级,当然为了方便管理减少.gradle文件,可以将具体的依赖通过自定Plugin的形式注入。由于module和aar比较多,当真正进行build的时候,需要检查settings.gradle并对每个Module进行初始化配置,再运行具体的task进行打包。这个操作随着Module个数的增多,执行的耗时会直线上升。实际情况是,假设只修改了某个module,并只想运行这一部分增量代码,这个时候可以通过切换主APP完成。由于Android项目是通过plugin来识别的:

apply plugin:'com.android.application'  // 主module
apply plugin:  'com.android.library'  // module

这样我们可以在本地自定义一个'isMainAPP'参数来控制主Module和Module的切换。

if(isMainAPP)  {  // 切换
apply plugin:'com.android.application'  // 主module
}  else  {
apply plugin:  'com.android.library'  // module
}

5. 多进程通信

进程是最小的资源分配管理单位,当业务组件多大一定的程度时,会需要考虑使用多进程通信。如果只是简单的跳转不涉及到数据的获取,那么路由组件是可以胜任的,因为Android内置的Intent机制本来就是跨进程的。如果需要同步数据,则需要考虑进程通信中出现的脏数据,比如同时操作sharepreferences是比较棘手的,因为sharepreferences在文件和内存中各有一份数据,且有时候不相同。Android系统提供了基于mmap的Binder通信机制,落实到工程代码就是实现AIDL,生成远程Binder类和当前进程的Proxy类,并定义相关的Service和BinderPool。但是这样稍微有点重,可以考虑使用现有的ContentProvider + SQLite(ContentProvider本身也是AIDL通信机制,只是系统对其进行了一层封装),在路由库中增加对多进程通信拦截链的支持。

已有的解决方案

当前的一些大公司都先后开源了自己的组件化架构框架,比较知名的有美团的modular-event,阿里的ARouter以及得到(逻辑思维主打APP)的DDComponentForAndroid。其设计思想大同小异,基本也是机遇以上的设计要点,辅助一些同步和异步功能。美团舍弃了之前开发的“WMRouter”路由,转而使用了modular-event,阿里和得到则是使用路由+接口下沉的方式去构建整个架构。“组件化架构”能够清晰的划分项目结构,严格的将代码根据“业务组件”、“模块组件”、“基础组件”进行划分,各个项目组成员可以并行开发module而互不干扰,而且其可扩展性也比较强,对业务不断扩大的项目是一个不错的选择。

最后相关架构及资料

组件化框架设计.png

Android高级技术大纲

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