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、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。

/**
{1}
 * Add an additional set of assets to the asset manager.  This can be
{1}
 * either a directory or ZIP file.  Not for use by applications.  Returns
{1}
 * the cookie of the added asset, or 0 on failure.
{1}
 * {@hide}
{1}
 */
 
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
{1}
    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);
 
    }
 
 
    /**
{1}
     * return a available classloader which belongs to different apk
{1}
     */
 
    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。