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[操作系统]Android动态加载技术三个关键问题详解


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、

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。

@Overridepublic AssetManager getAssets() {  return mAssetManager == null ? super.getAssets() : mAssetManager;}@Overridepublic 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。

@Overrideprotected void onResume() {  super.onResume();  Method onResume = mActivityLifecircleMethods.get("onResume");  if (onResume != null) {    try {      onResume.invoke(mRemoteActivity, new Object[] { });    } catch (Exception e) {      e.printStackTrace();    }  }}@Overrideprotected 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。

...@Overrideprotected void onStart() {  mRemoteActivity.onStart();  super.onStart();}@Overrideprotected void onRestart() {  mRemoteActivity.onRestart();  super.onRestart();}@Overrideprotected 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。

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