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Android插件化快速入门与实例解析(VirtualApk)

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恋猫月亮 595a1b60 08f6 4beb 998f 2bf55e230555
2017.07.17 07:11 字数 2507

  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。

  在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

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

  将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

  在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?
Android程序员的日常
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