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Android动态加载技术三个关键问题详解

作者 任玉刚 发布于 2015年10月20日 | 被首富的“一个亿”刷屏?不如定个小目标,先把握住QCon上海的优惠吧!

编者按:InfoQ开设新栏目“品味书香”,精选技术书籍的精彩章节,以及分享看完书留下的思考和收获,欢迎大家关注。本文节选自任玉刚著《Android开发艺术探索》中的章节“Android的动态加载技术”,探讨了Android动态加载的三个关键问题。

动态加载技术(也叫插件化技术)在技术驱动型的公司中扮演着相当重要的角色,当项目越来越庞大的时候,需要通过插件化来减轻应用的内存和CPU占用,还可以实现热插拔,即在不发布新版本的情况下更新某些模块。动态加载是一项很复杂的技术,这里主要介绍动态加载技术中的三个基础性问题,至于完整的动态加载技术的实现请参考笔者发起的开源插件化框架DL:。项目期间有多位开发人员一起贡献代码。

不同的插件化方案各有各的特色,但是它们都必须要解决三个基础性问题:资源访问、Activity生命周期的管理和ClassLoader的管理。在介绍它们之前,首先要明白宿主和插件的概念,宿主是指普通的apk,而插件一般是指经过处理的dex或者apk,在主流的插件化框架中多采用经过特殊处理的apk来作为插件,处理方式往往和编译以及打包环节有关,另外很多插件化框架都需要用到代理Activity的概念,插件Activity的启动大多数是借助一个代理Activity来实现的。

1.资源访问

我们知道,宿主程序调起未安装的插件apk,一个很大的问题就是资源如何访问,具体来说就是插件中凡是以R开头的资源都不能访问了。这是因为宿主程序中并没有插件的资源,所以通过R来加载插件的资源是行不通的,程序会抛出异常:无法找到某某id所对应的资源。

针对这个问题,有人提出了将插件中的资源在宿主程序中也预置一份,这虽然能解决问题,但是这样就会产生一些弊端。首先,这样就需要宿主和插件同时持有一份相同的资源,增加了宿主apk的大小;其次,在这种模式下,每次发布一个插件都需要将资源复制到宿主程序中,这意味着每发布一个插件都要更新一下宿主程序,这就和插件化的思想相违背了。

因为插件化的目的就是要减小宿主程序apk包的大小,同时降低宿主程序的更新频率并做到自由装载模块,所以这种方法不可取,它限制了插件的线上更新这一重要特性。还有人提供了另一种方式,首先将插件中的资源解压出来,然后通过文件流去读取资源,这样做理论上是可行的,但是实际操作起来还是有很大难度的。首先不同资源有不同的文件流格式,比如图片、XML等,其次针对不同设备加载的资源可能是不一样的,如何选择合适的资源也是一个需要解决的问题,基于这两点,这种方法也不建议使用,因为它实现起来有较大难度。为了方便地对插件进行资源管理,下面给出一种合理的方式。

我们知道,Activity的工作主要是通过ContextImpl来完成的, Activity中有一个叫mBase的成员变量,它的类型就是ContextImpl。注意到Context中有如下两个抽象方法,看起来是和资源有关的,实际上Context就是通过它们来获取资源的。这两个抽象方法的真正实现在ContextImpl中,也就是说,只要实现这两个方法,就可以解决资源问题了。

/** Return an AssetManager instance for your application's package. */

public abstract AssetManager getAssets();

/** Return a Resources instance for your application's package. */

public abstract Resources getResources();

下面给出具体的实现方式,首先要加载apk中的资源,如下所示。

protected void loadResources() {
	try {
		AssetManager assetManager = AssetManager.class.newInstance();
		Method addAssetPath = assetManager.getClass().getMethod("addAssetPath", String.class);
		addAssetPath.invoke(assetManager, mDexPath);
		mAssetManager = assetManager;
	} catch (Exception e) {
		e.printStackTrace();
	}
	Resources superRes = super.getResources();
	mResources = new Resources(mAssetManager, superRes.getDisplayMetrics(),
			superRes.getConfiguration());
	mTheme = mResources.newTheme();
	mTheme.setTo(super.getTheme());
}

从loadResources()的实现可以看出,加载资源的方法是通过反射,通过调用AssetManager中的addAssetPath方法,我们可以将一个apk中的资源加载到Resources对象中,由于addAssetPath是隐藏API我们无法直接调用,所以只能通过反射。下面是它的声明,通过注释我们可以看出,传递的路径可以是zip文件也可以是一个资源目录,而apk就是一个zip,所以直接将apk的路径传给它,资源就加载到AssetManager中了。然后再通过AssetManager来创建一个新的Resources对象,通过这个对象我们就可以访问插件apk中的资源了,这样一来问题就解决了。

/**

 * Add an additional set of assets to the asset manager.  This can be

 * either a directory or ZIP file.  Not for use by applications.  Returns

 * the cookie of the added asset, or 0 on failure.

 * {@hide}

 */

public final int addAssetPath(String path) {

    synchronized (this) {

        int res = addAssetPathNative(path);

        makeStringBlocks(mStringBlocks);

        return res;

    }

}

接着在代理Activity中实现getAssets()和getResources(),如下所示。关于代理Activity的含义请参看DL开源插件化框架的实现细节,这里不再详细描述了。

@Override

public AssetManager getAssets() {

    return mAssetManager == null ? super.getAssets() : mAssetManager;

}


@Override

public Resources getResources() {

    return mResources == null ? super.getResources() : mResources;

}

通过上述这两个步骤,就可以通过R来访问插件中的资源了。

2.Activity生命周期的管理

管理Activity生命周期的方式各种各样,这里只介绍两种:反射方式和接口方式。反射的方式很好理解,首先通过Java的反射去获取Activity的各种生命周期方法,比如onCreate、onStart、onResume等,然后在代理Activity中去调用插件Activity对应的生命周期方法即可,如下所示。

@Override

protected void onResume() {

    super.onResume();

    Method onResume = mActivityLifecircleMethods.get("onResume");

    if (onResume != null) {

        try {

            onResume.invoke(mRemoteActivity, new Object[] { });

        } catch (Exception e) {

            e.printStackTrace();

        }

    }

}


@Override

protected void onPause() {

    Method onPause = mActivityLifecircleMethods.get("onPause");

    if (onPause != null) {

        try {

            onPause.invoke(mRemoteActivity, new Object[] { });

        } catch (Exception e) {

            e.printStackTrace();

        }

    }

    super.onPause();

}

使用反射来管理插件Activity的生命周期是有缺点的,一方面是反射代码写起来比较复杂,另一方面是过多使用反射会有一定的性能开销。下面介绍接口方式,接口方式很好地解决了反射方式的不足之处,这种方式将Activity的生命周期方法提取出来作为一个接口(比如叫DLPlugin),然后通过代理Activity去调用插件Activity的生命周期方法,这样就完成了插件Activity的生命周期管理,并且没有采用反射,这就解决了性能问题。同时接口的声明也比较简单,下面是DLPlugin的声明:

public interface DLPlugin {

    public void onStart();

    public void onRestart();

    public void onActivityResult(int requestCode, int resultCode, Intent

    data);

    public void onResume();

    public void onPause();

    public void onStop();

    public void onDestroy();

    public void onCreate(Bundle savedInstanceState);

    public void setProxy(Activity proxyActivity, String dexPath);

    public void onSaveInstanceState(Bundle outState);

    public void onNewIntent(Intent intent);

    public void onRestoreInstanceState(Bundle savedInstanceState);

    public boolean onTouchEvent(MotionEvent event);

    public boolean onKeyUp(int keyCode, KeyEvent event);

    public void onWindowAttributesChanged(LayoutParams params);

    public void onWindowFocusChanged(boolean hasFocus);

public void onBackPressed();

…

}

在代理Activity中只需要按如下方式即可调用插件Activity的生命周期方法,这就完成了插件Activity的生命周期的管理。

...

@Override

protected void onStart() {

    mRemoteActivity.onStart();

    super.onStart();

}


@Override

protected void onRestart() {

    mRemoteActivity.onRestart();

    super.onRestart();

}


@Override

protected void onResume() {

    mRemoteActivity.onResume();

    super.onResume();

}

...

通过上述代码应该不难理解接口方式对插件Activity生命周期的管理思想,其中mRemoteActivity就是DLPlugin的实现。

3.插件ClassLoader的管理

为了更好地对多插件进行支持,需要合理地去管理各个插件的DexClassLoader,这样同一个插件就可以采用同一个ClassLoader去加载类,从而避免了多个ClassLoader加载同一个类时所引发的类型转换错误。在下面的代码中,通过将不同插件的ClassLoader存储在一个HashMap中,这样就可以保证不同插件中的类彼此互不干扰。

public class DLClassLoader extends DexClassLoader {

    private static final String TAG = "DLClassLoader";


    private static final HashMap<String, DLClassLoader> mPluginClassLoaders

    = new HashMap<String, DLClassLoader>();


    protected DLClassLoader(String dexPath, String optimizedDirectory, String libraryPath, ClassLoader parent) {

        super(dexPath, optimizedDirectory, libraryPath, parent);

    }


    /**

     * return a available classloader which belongs to different apk

     */

    public static DLClassLoader getClassLoader(String dexPath, Context

    context, ClassLoader parentLoader) {

        DLClassLoader dLClassLoader = mPluginClassLoaders.get(dexPath);

        if (dLClassLoader != null)

            return dLClassLoader;


        File dexOutputDir = context.getDir("dex", Context.MODE_PRIVATE);

        final String dexOutputPath = dexOutputDir.getAbsolutePath();

        dLClassLoader = new DLClassLoader(dexPath, dexOutputPath, null,

        parentLoader);

        mPluginClassLoaders.put(dexPath, dLClassLoader);


        return dLClassLoader;

    }

}

事实上插件化的技术细节非常多,这绝非一个章节的内容所能描述清楚的,另外插件化作为一种核心技术,需要开发者有较深的开发功底才能够很好地理解,因此本节的内容更多是让读者对插件化开发有一个感性的了解,细节上还需要读者自己去钻研,也可以通过DL插件化框架去深入地学习。

书籍简介

《Android开发艺术探索》是一本Android进阶类书籍,采用理论、源码和实践相结合的方式来阐述高水准的Android应用开发要点。《Android开发艺术探索》从三个方面来组织内容。第一,介绍Android开发者不容易掌握的一些知识点;第二,结合Android源代码和应用层开发过程,融会贯通,介绍一些比较深入的知识点;第三,介绍一些核心技术和Android的性能优化思想。

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