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Android插件化快速入门与实例解析(VirtualApk)

Android插件化快速入门与实例解析(VirtualApk)

作者: 恋猫月亮 | 来源:发表于2017-07-17 07:11 被阅读6728次

    集成一个第三方相册功能,只需集成一个插件APK到项目中,无需集成额外代码,并且支持随时更新相册功能,无需发布版本更新,无需AndroidManifest中声明四大组件,这就是插件化。

    插件化可利用性很广,但事实上大多数开发者,因为未知而放弃使用,所以本篇将深入浅出带你了解插件化原理,从基础到实现,插件化不再是你陌生的领域。

    本篇主要涉及到:

    • 一、Activity/Service的启动原理和流程。
    • 二、插件化实现原理。
    • 三、DiDi开源VirtualApk源码解析(Activity/Service)。
    • VirtualApk优化反射带来损耗的小技巧。

    ps:如果你对此(一、二)已经十分了解,请自行略过。

    一、 Activity/Service启动流程

    Activity和Service的启动流程十分复杂,一个startActivity的背后是无数的逻辑实现,这里不深入讨论,但需要理解这个流程,因为插件化是在流程上动手脚,以达到绕过系统限制的目的。

    下方图片是Activity启动的简化流程,可以看到,从Instrumentation开始,到ActivityManagerServiceActivityThread结束,启动一个Activity,流程并不简单。

    InstrumentationexecStartActivity开始启动,到通过checkStartActivityResult校验Activity是否在Manifest中声明,从图中可以看出,流程还是相当繁琐的。
      
    Activity启动流程详见图片

    Activity简化启动流程图

    下方图片是Service启动的简化流程,同样可以看到,ActivityManagerServiceActivityThread同样起到了关键性的作用。插件化的关键,就在于InstrumentationActivityManagerServiceActivityThread

    Service启动流程详见图片

    Service简化启动流程图

    为了更好理解插件化,如下图,是几个关键类的对应关系与实际作用,有点S/C的味道。它们的通信是通过IBinder,实现进程通信的,可以看出,启动Activity和Service,ActivityThreadActivityManagerService是关键,并且上面我们知道,Instrumentation是Activity的启动入口,所以实现插件化的流程,便可以在这些关键类上开刀。

    下图在插件化实现中起到关键作用

    关键类关系图

    提前说明

    好了,带了一波基础姿势的节奏,稍安勿躁,先这里在补充几个概念,如果你已经习得,可以跳过:

    • Hook:拦截某个内部流程,在其中做某些修改,以实现自己的逻辑。

    • Instrumentation:每个Activity都有一个Instrumentation对象,它是在Activity启动是被赋予的Instrumentation.ActivityResult ar = mInstrumentation.execStartActivity(); 这便是startActivityForResult的启动,同时返回启动结果。

    • 占坑:声明一个不存在的Activity,如:
      <activity android:name=".A$1" android:launchMode="standard"/>
      ,这样启动.A$1这个Activity可以欺骗系统检测,然后再将插件Activity注入到.A$1这个坑位中。

    二、插件化实现原理。

    插件化的实现就是在于加载、绕过系统限制、启动和管理插件等过程。按照VirtualApk的实现,大致流程为:

    1、初始化Hook住InstrumentationActivityThread等。通过PackageParser(插件apk包信息)、AssetManager(资源文件Resources)、ClassLoader等加载一个Apk插件。

    2、启动插件Activity:提前在主APP中占有坑位,通过替换Intent中的targetActivity,打开占坑声明的A$Activity,然后绕过AndroidManifest检测,再拦截newActivity方法中恢复targetActivity。

    3、启动插件Service:通过启动一个代理Service统一管理,拦截所有Service方法,修改为startService到代理Service,在代理Service的onStartCommond统一管理,创建/停止目标service 。

    三、VirtualApk源码解析

    1、初始化

    初始化过程中,VirtualApk 创建了PluginManager ,并且hook住了Instrumentation和SystemService,如下图所示。

    初始化

    下图所示,VrutalApk通过Instrumentation创建了一个VAInstrumentation对象,VAInstrumentation是一个继承Instrumentation的类。

    VAInstrumentation反射插入到ActivityThread中,这样系统接下来关于Instrumentation的操作,就会回到VAInstrumentation中,被VrtualApk接管。

    Hook Instrumentation 图1

    这里是如何拿到Instrumentation的?

    因为在ActivityThread内部有一个sCurrentActivityThread静态变量。如下图,通过反射sCurrentActivityThread我们可以获取当前ActivityThread,而ActivityThread的公开方法getInstrumentation即可拿到Instrumentation对象。

    Hook Instrumentation 图2

    另外,上方图1还有设置HandlerCallback的流程,其实就是拦截了ActivityThread中的mH这个Handler的Callback,从【 一、 Activity/Service启动流程】流程图可以看到,mH的handleMessage处理很多Activity的启动状态。

    如下图, 是Hook Service的流程,如图中注释所示,通过ActivityManagerNativegetDefault,拿到AndroidManagerService(详见启动流程图),而VirtualApk通过自定义ActivityManagerProxy,重新生成了一个IActivityManager,然后注入回AndroidManagerService中,这样接管了系统启动、管理service等操作。

    Hook Service 图1

    2、加载插件Apk

    加载插件APK是通过PluginManagerloadPlugin方法,如下图所示,此处就是将apk拆开,解析,读取,加载,组装为LoadedPlugin并保存,以方便后面管理与使用。

    加载Apk插件

    此处对Apk进行了复杂的解析、加载、合并等操作,大致流程如下:

    • 解析apk的相关包信息、判断是否加载过apk。
    • 创建一些插件工具类。
    • 通过AssetManager创建Resource对象,平台用AssetManager创建出Resource,判断是否和宿主Apk合并资源。
    • ClassLoader 根据插件APK路径创建loader,判断是否合并loader中的dex,合并nativeLIbraryDirectories。
    • 将so复制到mNativeLibDir路径。
    • 保存Instrumentation、Activities、Services、Providers , 注册Broadcast等。
    • 创建出Apk的Application,并call Application onCreate。

    3、启动插件Activity

    那么是时候启动插件Activity了。通过startActivity便可以启动。从上面的流程我们知道启动是从Instrumentation.execStartActivity();开始的,而系统的Instrumentation已经被VAInstrumentation替换,其中VAInstrumentation重写了几个关键方法:

    • execStartActivity:入口。
    • newActivity:创建。
    • callActivityOnCreate:通知。
    • handleMessage:处理。

    没错,如下图,在启动Activity的入口处,VirtualApk拦截了请求,然后根据Intent的参数,去匹配plugin中的Activity坑位,之后替换Intent中的Activity,以此来达到欺骗系统的效果。

    但是,因为这个Activity的对象了实际上并不存在,最终我们需要启动的是实现了的targetActivity,所以需要拦截Instrumentation的第二个方法newActivity,因为在ActivityTreadperformLaunchActivity中,会调用InstrumentationnewActivity

    启动Activity

    newActivity中,如下图,类没有找到时(坑位类肯定找不到啦),那么就去获取原本保存在Intent的目标Activity,然后调用创建VAInstrumentation时保存的Instrumentation(mBase)去创建Activity。

    创建Activity

    Activity虽然创建好了,但是它对应的资源和context都还不对,所以我们需要在Activity的OnCreate之前完成好Resource的注入。前面加载Apk时,这些资源都保存在Plugin中。所以我们拦截callActivityOnCreate方法,如下图,将Activity的Context、Application、Reource,都替换成Plugin中对应的对象。一个Activity就这样绕过AndroidManifest启动起来了。

    屏幕快照 2017-07-15 上午12.36.21.png

    4、启动插件Service

    startService启动Service时,还记得上面我们通过ActivityManagerProxy生成IActivityManager吗?它主要拦截了Service相关启动和停止等方法,然后将其都转化为对应的startService方法,指向代理Service。因为startService方法的特性,他们最终都会在代理Service的onStartCommand中被统一处理。

    如下图,是ActivityManagerProxy,其中invoke拦截了所有相关的服务请求,并做了转化处理,下面以startService为例。

    ActivityManagerProxy

    startService这里,主要便是提取原本目标service信息,然后转化为代理Service,发送到代理Service,下方图片启动流程转化流程

    启动流程 转化流程

    如下图,在代理service中,根据请求类型,代理service会通过classLoader加载来创建service,并操作其attach、onCreate、onStartCommand等,让service工作起来。

    启动真正的目标service

    自此Activity和Service都成功启动了,是不是对插件化有了不一样的了解?

    5、AndroidStub

    容许这里插入这一块,安利下Virtual中的AndroidStub模块,如下图

    AndroidStub

    因为都用反射很浪费性能,所以有了AndroidStub,它是用来欺骗编译器的。正常情况下你想操作ActivityThread就会出现如下图情况,因为它是一个@hide类,这时候除了反射得到ActivityThread,你还需要再反射需要执着方法才能执行,这在一定程度会损耗一些性能。

    但是如下图,VirtualApk通过AndroidStub,模拟源码创建了如ActivityThread类,这里你就可以如图正常使用ActivityThread了,而AndroidStub中的ActivityThread,其实只是定义了和原码中一摸一样的方法,并没有其他实现。

    因为CoreLibrary依赖AndroidStub使用的是provided ,因为provided依赖是不打包依赖包,而是运行时提供,所以成功欺骗了编辑器,以此提高了性能。很神奇吧?

    ActivityThread CoreLibrary依赖AndroidStub

    终于结束了,如果你看到了这里,相信你是一个很有耐心的同志!当然插件化还是其他实现方式,如Replugin,只Hook住了ClassLoader,流程更加复杂,如有什么建议和疑问,欢迎留言讨论。

    VirtualApk:https://github.com/didi/VirtualAPK

    个人github:https://github.com/CarGuo

    终于结束了,点个赞不?

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      网友评论

      • neo已经被使用:请问Android 运行时就能直接访问hide方法吗??
        neo已经被使用:@恋猫月亮 上面不是说virtualApk 利用AndroidStub 避免了编译时期的隐藏方法的反射调用,那么在运行时期,就不用反射调用hide方法,而是直接调用也可以,这样理解对吗
        恋猫月亮:@neo已经被使用 可以,你可以反射获取到,或者像viruapk那样
      • 99ce873fb96d:通过AssetManager创建Resource对象,平台用AssetManager创建出Resource,判断是否和宿主Apk合并资源。------------>请教一下,是怎么合并资源的
        99ce873fb96d:@恋猫月亮 if (Build.VERSION.SDK_INT < Build.VERSION_CODES.LOLLIPOP) {
        assetManager = AssetManager.class.newInstance();
        ReflectUtil.invoke(AssetManager.class, assetManager, "addAssetPath", hostContext.getApplicationInfo().sourceDir);
        } else {
        assetManager = hostResources.getAssets();
        }
        ReflectUtil.invoke(AssetManager.class, assetManager, "addAssetPath", apk);这两步分别加载宿主和插件的资源, 这里创建新资源 if (isMiUi(hostResources)) {
        newResources = MiUiResourcesCompat.createResources(hostResources, assetManager);,似乎只用了宿主的资源,我知道他们肯定是合并了,就是没找到哪一步合并的,有空的话请帮忙指点下
        恋猫月亮: @静水流深_63c3 loadPlugin源码中,如果是需要合并,会调用ResourceManager中的createResources,这时候把宿主的资源和插件的资源合并new一个新的资源对象返回。然后插入hook原来的resource
      • NathansLiu:借我五块钱
      • kangqiao182:这个真实场景下怎么用了.
        Test.apk是打包到VirtualAPK中, 还是通过网络下载了.
        滴滴使用场景是什么样子了.
        :pray: :herb: :hibiscus:
        汤瓜瓜:@kangqiao182 请问test.apk如何打包到VirtualApk中?
        恋猫月亮: @kangqiao182 可以打包进入,可以下载,根据你的需求吧,现实中一般下载模式比较多?
      • 恋猫月亮:http://www.jianshu.com/p/18530be5dcdd 这是360的replugin相关的解析,可以对比下!
      • AI零:稳住兄弟!
        恋猫月亮: @TenThousand 朋友,要多稳😉
      • 香脆的大鸡排:点赞 点赞:clap:
        恋猫月亮: @香脆的大鸡排 😁互相学习
      • f726002671d9:点赞老铁
        恋猫月亮: @鱼儿沟 这看情况而定吧,插件化的稳定性和兼容性确实是问题,各种rom定制………一般比较适合用在需要动态更新的模块,或者需要接入合作方需求的时候。
        f726002671d9: @恋猫月亮 你们实际开发中会使用吗?都说插件化坑多。
        恋猫月亮: @鱼儿沟 谢谢😁

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