主流插件框架分析

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前言

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目前移动端产品功能越来越复杂，模块不断增加，APK体积也不断增长。由于Android Dalvik最初设计的问题，单个.dex文件方法数最多是65536个。因此，APK难免会遇到64K方法数限制的问题。
Google官方提供了MultiDex解决方案。但是该解决方案，有比较大的局限性。

• 应用进程启动时MultiDex需要在主线程去做DEXOPT操作，中间涉及到文件读写、文件验证、数据复制、反射调用等，非常耗时，应用启动将变得很慢，甚至出现ANR。

• 由于Dalvik LinearAlloc的BUG，Android 4.0（API level 14）之前的系统，可能导致应用启动失败。应用上线前，需要针对低版本系统做严格测试。另外Android 5.0（API level 21）之前的系统，Dalvik加载类的堆内存的大小有限制，可能导致使用了MultiDex的应用在分配内存时，会出现崩溃。

• 引入MultiDex时，会存在多个dex文件，应用启动时，先加载了主dex文件，其它的dex文件在Application的attachBaseContext()方法中加载。Android构建工具帮我们分析处理了一部分依赖，将应用启动需要的类都放入了主dex文件中。但是项目中我们自己引入的第三方库或者底层的native代码，可能还有一些类的依赖构建工具无法处理，会导致应用启动时找不到相关类而崩溃。

综上所述，MultiDex方案并不完善，将直接应用启动变慢和崩溃的问题。为了解决这些问题，我们引入插件的概念。

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技术关键点

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插件框架的基本形式就是将一个apk中的不同功能模块进行拆分，打包到不同的dex或者apk文件中，而主工程是一个提供了加载模块dex和apk的框架。插件框架需要着重解决如下几个问题：

• 代码的动态加载。Android系统提供了DexClassLoader，可以用来动态加载apk、dex和jar文件。加载顺序决定了起作用的类。这一点可做用于热修复功能。

• 四大组件的动态注册和生命周期管理。通过插桩的方式做动态代理。可以在多个层级做Hack，不同的层级Hack时需要做的适配工作难度也不同。一般都需要反射替换Instrumentation，并对一些关键方法使用动态代理，以达到“欺上瞒下”的目的。

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开源框架简介

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目前，已经有多种插件框架的实现方案，不同的方案都存在各自的优缺点。以下简单介绍几个主要的插件框架的基本原理和优缺点。

DroidPlugin

DroidPlugin是360手机助手实现的一种插件框架，可以直接加载运行第三方的独立apk，不需要对apk进行修改或安装，插件 apk可以独立运行。其特性主要有以下几点：

• 通过Stub插桩的方式，预先静态注册多个不同属性的Activity、Service、Receiver和Provider，动态代理。一个插件一个ClassLoader，插件之间代码完全隔离，互不影响。
• 资源动态加载。一个插件一个AssetManager，插件之间资源完全隔离，互不影响。
• Hack了几乎所有的通过Context获取到的系统服务（AM、PM等），Hack了和应用进程密切相关的Instrucmentation、ApplicationThread、ActivityThread等相关类。框架中很大一部分代码都是与Hack有关。
• 不同的插件APK运行于不同的进程，互不干扰。插件之间支持aidl进程间通信。提供进程管理机制。

存在局限的地方：

• 由于进程隔离的原因，宿主和插件分别使用了不同的ClassLoader和AssetManager，插件和宿主、插件和插件之间资源和代码不能共享。
• 插件apk中所有的Intent Filter无法工作。要启动插件中的四大组件，必须要指定包名和类名。
• RemoteView支持不是太好，不支持自定义资源的Notification。
• 带有native库的插件支持不是太好，可能存在异常崩溃。
• Hack了很多系统类，兼容性方面可能会隐患较多。

综合以上信息，DroidPlugin比较适合主程序只提供入口，而插件apk对宿主不存在依赖，插件之间无太多通信要求的场景。

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Small

Small的核心是轻巧，支持跨平台（支持Android、iOS、Web）。其特性主要有以下几点：

• 轻度Hack，代码相对很少，逻辑简单。插件可以是apk文件、so库、lib库。
• 提供了Gradle插件辅助构建项目，修改各个插件资源id，避免资源id重复问题。
• 通过Stub插桩的方式，预先静态注册多个Activity，动态代理。
• 资源在编译时使用自定义gradle插件的方式区分开。多个插件共享进程，共享代码，共享资源。同一个ClassLoader加载所有插件。
• 使用uri的方式启动插件、传递参数，比较灵活。
• 基于Apache协议开源。
• 插件配置可以存放在服务端，demo中提供了简单的版本管理、在线更新机制。

其主要问题也比较明显：

• 目前不支持懒加载模式。所有插件都是在应用进程启动时一次性加载的，内存占用较大。如果要支持按需加载，需要自己做改进。
• 除了Activity，其它三大组件不支持插件化。作者没有支持其它三大组件的意向。插件中所有的Intent Filter无法工作。
• 插件更新后不是实时生效，而是在类被重新加载的时候生效。生效时间和类加载时机一致。
• Small核心类代码凌乱，部分代码严重影响程序稳定性，还附带了部分业务逻辑，扩展性差。

综合以上信息，Small比较适合插件依赖于主程序，并且插件和主程序之间存在通信的场景，并且程序不宜规模太大。

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DynamicAPK

DynamicAPK是携程的开源项目，但是目前作者已经不再维护。其主要特点如下：

• 同一个ClassLoader加载所有的插件代码，通过反射调整加载顺序，进而实现了热修复功能。一次性加载所有插件，未实现按需加载。
• 所有的插件资源都加载到了一个AssetManager中，并通过反射动态替换了Context获取的Resource。
• Activity等组件需要在宿主程序中预先注册。
• 直接改造aapt的源码，通过动态配置的方式确定插件资源id的PP字段，避免id重复。

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ACDD

ACDD的原名是OpenAtlas，目前作者也已经不再维护。携程的DynamicAPK有相当一部分代码借鉴了此项目。其主要特点如下：

• 自定义ClassLoader，扩展了双亲委派机制，用于加载插件代码。不同插件使用不同的ClassLoader，实现了代码的隔离，也实现了通用代码的共享。使用额外的配置文件管理插件和插件之间的依赖关系，实现了懒加载机制。
• 所有的插件资源都加载到了一个AssetManager中，并通过反射动态替换了Context获取的Resource。实现了懒加载机制。
• Activity等组件需要在宿主程序中预先注册。
• 代码和相关文档中未提及资源id重复的问题是如何修正的。其内部的build tools则对所有插件和配置文件做了一个简单md5校验，未发现资源id相关的代码。应该是使用aapt打包时，指定了package id。

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DynamicLoadApk

大概算是最早开源的插件化框架了，github上已经不怎么活跃了。其主要特点如下：

• 支持插件对主程序无调用、接口调用、完全调用3种集成方式。
• 支持Activity、FragmentActivity、Service组件，并且组件不需要在主程序的AndroidManifest中声明。
• 将Activity的生命周期抽象出接口，在代理类里实现对Activity生命周期的管理，并在代理类里保存原Activity的引用（that应用）。
• DexClassLoader加载插件代码，AssetManager管理插件资源。插件之间资源和代码可以做到相互隔离。
• 自定义Intent和API实现对插件Activity的启动。

主要问题如下：

• 强侵入性，组件内很多API需要使用that调用，并需要继承特定的类，启动组件需要调用私有API。
• 插件的集成方式一旦确定将不能更改。不同的集成方式，编译配置也不相同。
• 插件之间资源和代码无法共享。启动插件中的组件必须使用包名+类名的方式。

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VirtualApp

VirtualApp是一个App虚拟化引擎（简称VA）。VA在App内部创建一个虚拟空间，App可以在虚拟空间内任意安装、卸载、启动apk。而这一切都与外部隔离，如同一个黑盒。目前已经有较多的应用使用了VA，并支持多种方式的应用加固。其主要特性如下：

• 支持四大组件，插件中的静态注册的Receiver会转为动态注册。
• 插件和插件之间高度隔离，运行于独立的进程。
• 插件之间支持aidl通信，支持Intent隐式调用。
• IO重定向，插件相关的文件存放于主程序私有文件目录下。
• 通过动态代理的方式，比DroidPlugin Hack了更多的系统类和方法，模拟了一个更完善的小型系统。
• 项目比较活跃，问题的解答和bug修复相对较快。

主要缺点如下：

• Hack了很多系统类和方法，虽然比DroidPlugin稳定，但还是存在很多兼容性方面的问题。
• 使用GPL3.0的授权，有开源感染的风险。
• 插件隔离的原因，不支持代码和资源的共享。

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Atlas

Atlas是阿里在17年3月份才开源的，目前还处于快速迭代开发期，文档和demo都还不完善，部分细节的功能还有不少的BUG。

Atlas主要的特性有以下几点：

• 单进程运行，更像一个组件框架，包含host、local bundle和remote bundle。
• 所有bundle的代码和资源都是动态加载，并且支持按需加载。
• 自定义两个ClassLoader，一个实现类加载时的路由逻辑，另一个则主要负责加载bundle中的类和其依赖的bundle中的类。
• 自定义ResourceManager，每个bundle里的资源都加入了同一个AssetManager。
• 支持差分升级和远程bundle调用。
• 提供了打包插件，编译期自动合并Manifest文件，自动分配bundle的资源package id，自动生成差分包，并提供单模块调试功能。

主要缺点如下：

• 项目刚开源，文档很少，主要功能不稳定。
• 差分升级和远程bundle调用，需要强有力的后台和测试支撑。
• 差分升级还不支持动态添加4大组件的功能。