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原创新闻 VirtualAPK：滴滴 Android 插件化的实践之路

2016-12-27 11:15 by 副主编 jihong10102006 评论(0) 有11312人浏览
android 框架 VirtualAPK

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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。
    •         （1）Activity：支持显示和隐式调用，支持 Activity 的 theme 和 LaunchMode，支持透明主题；
            （2）Service：支持显示和隐式调用，支持 Service 的 start、stop、bind 和 unbind，并支持跨进程 bind 插件中的 Service；
            （3）Receiver：支持静态注册和动态注册的 Receiver；
            （4）ContentProvider：支持 provider的所有操作，包括 CRUD 和 call 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 Alarm、Notification 和AppWidget；
  • 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：AMS 和 IContentProvider，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。


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

第二步：加载插件

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。

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：


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

  • 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。

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：

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。

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。

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。

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 process、configChanges 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。

了解最新移动开发相关信息和技术，请关注 mobilehub 公众微信号（ID: mobilehub)。

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