插件化的基石 -- apk动态加载

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。

• 如何加载插件里面的.dex文件。
• 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);
  }
}
[/code
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：

• 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。
• 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。
• 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。

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。