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VirtualAPK:滴滴 Android 插件化的实践之路

作者简介: 任玉刚,滴滴出行 Android 技术专家,《Android 开发艺术探索》作者,插件化框架 dynamic-load-apk 的发起者,CSDN 移动开发博客专家,曾当选 CSDN 2014、2015年度十大博客之星。热爱技术,热爱开源,凡事喜欢刨根问底,长期活跃在 CSDN 和 GitHub。目前就职于滴滴出行 App 架构组,从事热修复和插件化相关的开发工作。
博客地址:http://blog.csdn.net/singwhatiwanna
GitHub:https://github.com/singwhatiwanna
本文为 CSDN 首发,欢迎技术投稿、约稿,给文章纠错,请发送邮件至mobile@csdn.net

一、前言

在 Android 插件化技术日新月异的今天,开发并落地一款插件化框架到底是简单还是困难,这个问题不同人会有不同的答案。但是我相信,完成一个插件化框架的 Demo 并不是多难的事儿,然而要开发一款完善的插件化框架却并非易事,尤其在国内,各大 ROM 厂商都对 Android 系统做了一定程度的定制,这更进一步加剧了 Android 本身的碎片化问题。

滴滴出行在插件化上的探索起步较晚,由于业务发展较快,迭代占据了大量的时间,这使得我们在2016年才开始研究这方面的技术。经过半年的开发、测试、适配和线上验证,今天,我们正式推出一款较为完善的插件化框架——VirtualAPK。之所以现在推出,是因为 VirtualAPK 在内部已经得到了很好的验证,我们在迭代过程中不断地做机型适配和细节特性的支持,目前已达到一个非常稳定的状况,足以支撑滴滴部分乃至全部业务的动态发版需求。目前滴滴出行最新版本(v5.0.4)上,小巴和接送机业务均为插件,大家可以去体验。

二、插件化的现状

到目前为止,业界已经有很多优秀的开源项目,比如早期的基于静态代理思想的 DynamicLoadApk,随后的基于占坑思想的 DynamicApk、Small,还有360手机助手的 DroidPlugin。它们都是优秀的开源项目,很大程度上促进了国内插件化技术的发展。

尽管有如此多的优秀框架存在,但是兼容性问题仍然是制约插件化发展的一大难题。一款插件化框架,也许可以在一款手机上完美运行,但是在数以千万的设备上却总是容易存在这样那样的兼容性问题。我相信上线过插件化的工程师应该深有体会。滴滴为什么还要自研一款新的插件化框架?因为我们需要一款功能完备、兼容性优秀、适用于滴滴业务的插件化框架,目前市面上的开源不能满足我们的需求,所以必须重新造轮子,于是 VirtualAPK 诞生了。

三、VirtualAPK 的诞生

VirtualAPK 是滴滴出行自研的一款优秀的插件化框架,主要有如下几个特性。

1. 功能完备

  • 支持几乎所有的 Android 特性;
  • 四大组件方面: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。

    • Activity:支持显示和隐式调用,支持 Activity 的 themeLaunchMode,支持透明主题;
    • Service:支持显示和隐式调用,支持 Service 的 startstopbindunbind,并支持跨进程 bind 插件中的 Service;
    • Receiver:支持静态注册和动态注册的 Receiver;
    • ContentProvider:支持 provider的所有操作,包括 CRUDcall 方法等,支持跨进程访问插件中的 Provider。
  • 自定义View:支持自定义 View,支持自定义属性和 style,支持动画;

  • PendingIntent:支持 PendingIntent 以及和其相关的 AlarmNotificationAppWidget
  • 支持插件 Application 以及插件 manifest 中的 meta-data
  • 支持插件中的so

2. 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:AMSIContentProvider,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。

3. 入侵性极低

  • 插件开发等同于原生开发,四大组件无需继承特定的基类;
  • 精简的插件包,插件可以依赖宿主中的代码和资源,也可以不依赖;
  • 插件的构建过程简单,通过Gradle插件来完成插件的构建,整个过程对开发者透明。

四、VirtualAPK 的工作过程

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。

VirtualAPK

1. VirtualAPK 的运行形态

我们计划赋予 VirtualAPK 两种工作形态,耦合形态和独立形态。目前 VirtualAPK 对耦合形态已经有了很好的支持,接下来将计划支持独立形态。

  • 耦合形态:插件对宿主可以有代码或者资源的依赖,也可以没有依赖。这种模式下,插件中的类不能和宿主重复,资源 id 也不能和宿主冲突。这是 VirtualAPK 的默认形态,也是适用于大多数业务的形态。
  • 独立形态:插件对宿主没有代码或者资源的依赖。这种模式下,插件和宿主没有任何关系,所以插件中的类和资源均可以和宿主重复。这种形态的主要作用是用于运行一些第三方 apk。

2. 如何使用

第一步: 初始化插件引擎

@Override
protected void attachBaseContext(Context base) {
    super.attachBaseContext(base);
    PluginManager.getInstance(base).init();
}

第二步:加载插件

public class PluginManager {
    public void loadPlugin(final File apk);
    public void loadPlugin(final String moduleCode);
}

我们对上述加载过程进行了一些封装,通过如下方式即可异步地去加载一个插件。

// 示例:启动插件中的Activity
DownloadManager downloadManager = DownloadManager.getInstance(this);
downloadManager.loadModule("com.ryg.test", true, this, new ILoadListener() {
    @Override
    public void onLoadEnd(int resultCode) {
        if (resultCode == ILoadListener.LOAD_SUCCESS) {
            Intent intent = new Intent();
            intent.setClassName("com.ryg.test", "com.ryg.test.MainActivity");
            startActivity(intent);
        } else {
            // todo load plugin failed
        }
    }
});

当插件入口被调用后,插件的后续逻辑均不需要宿主干预,均走原生的 Android 流程。比如,在插件内部,如下代码将正确执行:

@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
    super.onCreate(savedInstanceState);
    setContentView(R.layout.activity_book_manager);
    LinearLayout holder = (LinearLayout)findViewById(R.id.holder);
    TextView imei = (TextView)findViewById(R.id.imei);
    imei.setText(IDUtil.getUUID(this));

    // bind service in plugin
    Intent service = new Intent(this, BookManagerService.class);
    bindService(service, mConnection, Context.BIND_AUTO_CREATE);

    // start activity in plugin
    Intent intent = new Intent(this, TCPClientActivity.class);
    startActivity(intent);
}

五、探究原理

1. 基本原理

  • 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。

2. 四大组件的实现原理

VirtualAPK

  • Activity:采用宿主 manifest 中占坑的方式来绕过系统校验,然后再加载真正的 Activity;
  • Service:动态代理 AMS,拦截 Service 相关的请求,将其中转给一个虚拟空间(Matrix)去处理,Matrix 会接管系统的所有操作;
  • Receiver:将插件中静态注册的 Receiver 重新注册一遍;
  • ContentProvider:动态代理 IContentProvider,拦截 Provider 相关的请求,将其中转给一个虚拟空间(Matrix)去处理,Matrix 会接管系统的所有操作。

以下是 VirtualAPK 的整体结构图。

VirtualAPK

六、填坑之路

在实践中我们遇到了很多很多的问题,比如机型适配、API 版本适配、Binder Hook 的稳定性保证等问题,这里拿一个典型的资源适配问题来说明。

其实这是一个很无奈的问题,由于国内各大 ROM 厂商喜欢深度定制 Android 系统,所以就出现了这种适配问题。

正常情况下我们通过如下代码去创建插件的 Resources 对象:

Resources newResources = new Resources(assetManager,
 hostResources.getDisplayMetrics(), hostResources.getConfiguration());

然后在 Vivo 手机上,竟然出现了如下的类型转换错误,看起来是 Vivo 自己派生了 Resources 的子类。

java.lang.RuntimeException: Unable to start activity ComponentInfo{com.sdu.didi.psnger/com.didi.virtualapk.core.A$1}: java.lang.ClassCastException: android.content.res.Resources cannot be cast to android.content.res.VivoResources
    at android.app.ActivityThread.performLaunchActivity(ActivityThread.java:2196)
    at android.app.ActivityThread.handleLaunchActivity(ActivityThread.java:2245)
    at android.app.ActivityThread.access$800(ActivityThread.java:140)
    at android.app.ActivityThread$H.handleMessage(ActivityThread.java:1202)
    at android.os.Handler.dispatchMessage(Handler.java:102)
    at android.os.Looper.loop(Looper.java:136)
    at android.app.ActivityThread.main(ActivityThread.java:5143)
    at java.lang.reflect.Method.invokeNative(Native Method)
    at java.lang.reflect.Method.invoke(Method.java:515)
    at com.android.internal.os.ZygoteInit$MethodAndArgsCaller.run(ZygoteInit.java:786)
    at com.android.internal.os.ZygoteInit.main(ZygoteInit.java:602)
    at dalvik.system.NativeStart.main(Native Method)
Caused by: java.lang.ClassCastException: android.content.res.Resources cannot be cast to android.content.res.VivoResources
    at android.app.ResourcesManager.getTopLevelResources(ResourcesManager.java:236)
    at android.app.ContextImpl.<init>(ContextImpl.java:2057)
    at android.app.ContextImpl.createActivityContext(ContextImpl.java:2008)
    at android.app.ActivityThread.createBaseContextForActivity(ActivityThread.java:2207)
    at android.app.ActivityThread.performLaunchActivity(ActivityThread.java:2140)
    ... 11 more

于是反编译了下 Vivo 的 Framework 代码,果不其然,在如下代码中进行了类型转换,所以在加载插件资源的时候就报错了。

@VivoHook(hookType = VivoHookType.NEW_METHOD)
    public Resources getTopLevelResources(String pkgName, String resDir, int displayId, Configuration overrideConfiguration, CompatibilityInfo compatInfo, IBinder token) {
        Resources resources = getTopLevelResources(resDir, displayId, overrideConfiguration, compatInfo, token);
        if (resources != null) {
            ((VivoResources) resources).init(pkgName);
        }
        return resources;
    }

为了解决这个问题,我们分析了 VivoResources 的代码实现,然后在创建插件资源的时候,采用了如下的代码。

private static final class VivoResourcesCompat {
    private static Resources createResources(Resources hostResources, AssetManager assetManager) throws Exception {
        Class resourcesClazz = Class.forName("android.content.res.VivoResources");
        Resources newResources = (Resources)ReflectUtil.invokeConstructor(resourcesClazz,
                new Class[]{AssetManager.class, DisplayMetrics.class, Configuration.class},
                new Object[]{assetManager, hostResources.getDisplayMetrics(), hostResources.getConfiguration()});
        return newResources;
    }
}

除了 Vivo 以外,有类似问题的还有 MIUI、Nubia 以及其他不知名的机型。而且在 Vivo 手机上,除了类型转换错误的问题,还有其他很坑的问题。

事实上我们还处理了很多其他的坑,这里无法一一说明,所以说如何保证插件化的稳定性是一件很有技术挑战的事情。

七、一些暂时不支持的特性

由于种种原因,VirtualAPK 目前未能支持所有的 Android 的特性,已知的有如下几点:

  • 不支持 Activity 的部分属性,比如 processconfigChanges 等;
  • 暂不支持 overridePendingTransition(int enterAnim, int exitAnim) 这种形式的转场动画;
  • 插件中弹通知,不能使用插件中的资源,比如图片。

八、开源计划

我们的目标是打造一款功能完备的插件化框架,使得各个业务线都能以插件的形式集成,从而实现 Android App 的热更新能力。

目前 VirtualAPK 还有一些特性需要进一步完善,待完善后,将会进行开源计划。我们期望 VirtualAPK 开源后,可以让其他 App 能够无缝集成,无需考虑细节实现和兼容性问题即可轻松拥有热更新能力。


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