Android插件化原理介绍

什么是插件化

以"插件"的形式,动态加载功能模块。将业务功能模块单独拆分出来打包成APK,也就是插件。主App可以在运行时动态加载插件APK,实现业务功能的动态加载。

为什么需要插件化

  • 减小APK体积,可以通过插件化将App拆分成宿主APK及若干个插件APK以达到显小APK的效果。
  • 快速迭代,插件化可以实现业务功能模块的动态加载,在用户不需要重新下载应用安装的情况下实现业务功能的上线
  • 提高开发效率,由于插件化需要对业务功能模块进行拆分,所以业务功能模块之间必须完全解耦,使得能够同时并行开发多个业务功能模块,单独运行调试。提高了开发效率及模块的复用。

怎么实现插件化

VirtualAPK-git地址
安卓插件化VirtualAPK
Android Hook Activity 的几种姿势
Android插件化——谈谈我理解的坑位
Android 插件化原理解析——插件加载机制
源码分析 — Activity的启动流程

插件化的方案主要可以分为两种,一种是Hook+代理也称为占位式,还有一种就是下文准备介绍的纯Hook的方案
下文将基于Android SDK25以启动插件Activity为例进行阐述。需要注意的由于Hook涉及到Android系统源码,纯Hook的方案在不同的Android版本上会有差异。启动插件Activity可以总结为以下三步

具体可参考源码
源码地址

  • 第一步-绕过AMS检测
    由于插件Activity没有在宿主的AndroidManifest中注册,宿主直接启动会抛出异常ActivityNotFoundException。所以当宿主启动插件Activity时需要现将插件Activity替换为宿主中预先定义好的占位Activity,占位Activity需要在宿主的AndroidManifest中进行注册以绕过ActivityManagerService检测。
 private void hookAMSCheck25(final Application context) throws ClassNotFoundException, NoSuchMethodException, InvocationTargetException, IllegalAccessException, NoSuchFieldException {
        // 动态代理
        Class mIActivityManagerClass = Class.forName("android.app.IActivityManager");


        Class mActivityManagerNativeClass2 = Class.forName("android.app.ActivityManagerNative");
        final Object mIActivityManager = mActivityManagerNativeClass2.getMethod("getDefault").invoke(null);

        Object mIActivityManagerProxy = Proxy.newProxyInstance(

                context.getClassLoader(),

                new Class[]{mIActivityManagerClass},

                new InvocationHandler() {
                    @Override
                    public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
                        if ("startActivity".equals(method.getName())) {

                            Intent intentReal = (Intent) args[2];

                            String packageName = context.getPackageName();
                            String packageName1 = intentReal.getComponent().getPackageName();

                            if (!packageName.equals(packageName1)){
                                //跳转插件Activity
                                //将插件Activity替换成PlaceHolderActivity绕过AMS检查
                                Log.d(TAG, "插件Activity替换成PlaceHolderActivity绕过AMS检查");
                                Intent intent = new Intent(context, PlaceHolderActivity.class);
                                intent.putExtra("actionIntent", intentReal);
                                args[2] = intent;
                            }
                        }
                        //Log.d(TAG, "拦截到了IActivityManager里面的方法" + method.getName());
                        return method.invoke(mIActivityManager, args);
                    }
                });

        Class mActivityManagerNativeClass = Class.forName("android.app.ActivityManagerNative");
        Field gDefaultField = mActivityManagerNativeClass.getDeclaredField("gDefault");
        gDefaultField.setAccessible(true); // 授权
        Object gDefault = gDefaultField.get(null);

        Class mSingletonClass = Class.forName("android.util.Singleton");
        Field mInstanceField = mSingletonClass.getDeclaredField("mInstance");
        mInstanceField.setAccessible(true); // 让虚拟机不要检测 权限修饰符
        mInstanceField.set(gDefault, mIActivityManagerProxy); // 替换是需要gDefault
    }
  • 第二步-还原插件Activity,由于在第一步中为了绕过AMS检测将插件Activity替换为宿主中的占位Activity,所以在启动Activity前需要将被替换的插件Activity还原回来。
private void hookLaunchActivity(Application context) throws NoSuchFieldException, ClassNotFoundException, NoSuchMethodException, IllegalAccessException, InvocationTargetException {
        Field mCallbackFiled = Handler.class.getDeclaredField("mCallback");
        mCallbackFiled.setAccessible(true);

        Class mActivityThreadClass = Class.forName("android.app.ActivityThread");
        Object mActivityThread = mActivityThreadClass.getMethod("currentActivityThread").invoke(null);

        Field mHField = mActivityThreadClass.getDeclaredField("mH");
        mHField.setAccessible(true);
        Handler mH = (Handler) mHField.get(mActivityThread);

        mCallbackFiled.set(mH, new MyCallback(mH, context)); // 替换 增加我们自己的实现代码
    }
    public final int LAUNCH_ACTIVITY = 100;
    class MyCallback implements Handler.Callback {

        private Handler mH;
        private Application context;

        public MyCallback(Handler mH, Application context) {
            this.mH = mH;
            this.context = context;
        }

        @Override
        public boolean handleMessage(Message msg) {
            switch (msg.what) {

                case LAUNCH_ACTIVITY:
                    //hook Activity启动将被替换的插件Activity恢复回来
                    Object obj = msg.obj; //ActivityClientRecord
                    try {
                        Field intentField = obj.getClass().getDeclaredField("intent");
                        intentField.setAccessible(true);

                        Intent intent = (Intent) intentField.get(obj);
                        //hook点1中存入的真实的插件Intent
                        Intent actionIntent = intent.getParcelableExtra("actionIntent");
                        if (actionIntent != null) {
                            //把占位Activity换成插件Activity
                            intentField.set(obj, actionIntent);
                            Field activityInfoField = obj.getClass().getDeclaredField("activityInfo");
                            activityInfoField.setAccessible(true);
                            ActivityInfo activityInfo = (ActivityInfo) activityInfoField.get(obj);

                            String packageName = actionIntent.getComponent().getPackageName();
                            activityInfo.name = actionIntent.getComponent().getClassName();
                            activityInfo.packageName = packageName;
                            activityInfo.applicationInfo.packageName = packageName;
                        }

                    } catch (Exception e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                    break;
            }
            mH.handleMessage(msg);
            return true;
        }
    }
  • hook点3-为插件创建LoadedApk,第二步中还原了插件Activity,但是插件中的类文件与资源文件宿主不能直接访问,所以在hook点2之后直接启动Activity是会报错的。因此需要为插件创建LoadedApk来实现类文件与资源文件的加载。
/*
     * SDK源码中Activity由LoadedApk创建
     * LoadedApk缓存在ActivityThread的mPackages中
     * 所以需要将为插件创建LoadedApk并存放进ActivityThread的mPackages中
     */
    private void hookLoadedApk(Context context, String apkPath) throws FileNotFoundException, ClassNotFoundException, NoSuchMethodException, InvocationTargetException, IllegalAccessException, NoSuchFieldException, InstantiationException {
        File file = new File(apkPath);
        if (!file.exists()) {
            throw new FileNotFoundException("插件包不存在..." + file.getAbsolutePath());
        }
        String pluginPath = file.getAbsolutePath();
        
        Class mActivityThreadClass = Class.forName("android.app.ActivityThread");
        
        Object mActivityThread = mActivityThreadClass.getMethod("currentActivityThread").invoke(null);

        Field mPackagesField = mActivityThreadClass.getDeclaredField("mPackages");
        mPackagesField.setAccessible(true);
        Object mPackagesObj = mPackagesField.get(mActivityThread);

        Map mPackages = (Map) mPackagesObj;
        
        Class mCompatibilityInfoClass = Class.forName("android.content.res.CompatibilityInfo");
        Field defaultField = mCompatibilityInfoClass.getDeclaredField("DEFAULT_COMPATIBILITY_INFO");
        defaultField.setAccessible(true);
        /*
         * 创建LoadedApk需要的参数
         */
        Object defaultObj = defaultField.get(null);

        /*
         * 创建LoadedApk需要的参数 
         */
        ApplicationInfo applicationInfo = getApplicationInfoAction(apkPath);

        /*
         * 反射调用ActivityThread的getPackageInfoNoCheck方法创建LoadedApk
         */
        Method mLoadedApkMethod = mActivityThreadClass.getMethod("getPackageInfoNoCheck", ApplicationInfo.class, mCompatibilityInfoClass);
        Object mLoadedApk = mLoadedApkMethod.invoke(mActivityThread, applicationInfo, defaultObj);

        File fileDir = context.getDir("pulginPathDir", Context.MODE_PRIVATE);
        
        ClassLoader classLoader = new DexClassLoader(pluginPath,fileDir.getAbsolutePath(), null, context.getClassLoader());

        Field mClassLoaderField = mLoadedApk.getClass().getDeclaredField("mClassLoader");
        mClassLoaderField.setAccessible(true);
        mClassLoaderField.set(mLoadedApk, classLoader);

        WeakReference weakReference = new WeakReference(mLoadedApk);
        mPackages.put(applicationInfo.packageName, weakReference);
    }

    private ApplicationInfo getApplicationInfoAction(String apkPath) throws InstantiationException, IllegalAccessException, ClassNotFoundException, NoSuchMethodException, InvocationTargetException {
        Class mPackageParserClass = Class.forName("android.content.pm.PackageParser");

        Object mPackageParser = mPackageParserClass.newInstance();
        
        Class $PackageClass = Class.forName("android.content.pm.PackageParser$Package");
        Class mPackageUserStateClass = Class.forName("android.content.pm.PackageUserState");

        Method mApplicationInfoMethod = mPackageParserClass.getMethod("generateApplicationInfo",$PackageClass,
                int.class, mPackageUserStateClass);

        File file = new File(apkPath);
        String pulginPath = file.getAbsolutePath();

        Object mPackage = null;
        try {
            Method mPackageMethod = mPackageParserClass.getMethod("parsePackage", File.class, int.class);
            mPackage = mPackageMethod.invoke(mPackageParser, file, PackageManager.GET_ACTIVITIES);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }

        ApplicationInfo applicationInfo = (ApplicationInfo)
                mApplicationInfoMethod.invoke(mPackageParser, mPackage, 0, mPackageUserStateClass.newInstance());

        applicationInfo.publicSourceDir = pulginPath;
        applicationInfo.sourceDir = pulginPath;

        return applicationInfo;
    }

hook PackageManagerService避免插件LoadedApk创建Application时报错

private void hookGetPackageInfo(final Context context) {
        try {
            Class mActivityThreadClass = Class.forName("android.app.ActivityThread");
            Field sCurrentActivityThreadField = mActivityThreadClass.getDeclaredField("sCurrentActivityThread");
            sCurrentActivityThreadField.setAccessible(true);

            Field sPackageManagerField = mActivityThreadClass.getDeclaredField("sPackageManager");
            sPackageManagerField.setAccessible(true);
            final Object packageManager = sPackageManagerField.get(null);

            Class mIPackageManagerClass = Class.forName("android.content.pm.IPackageManager");

            Object mIPackageManagerProxy = Proxy.newProxyInstance(context.getClassLoader(),

                    new Class[]{mIPackageManagerClass}, // 要监听的接口

                    new InvocationHandler() {
                        @Override
                        public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
                            if ("getPackageInfo".equals(method.getName())) {
                                Object packageInfo = method.invoke(packageManager, args);
                                if (packageInfo == null){
                                    Log.d(TAG, "为插件创建packageInfo");
                                    packageInfo = new PackageInfo();
                                }
                                return packageInfo;
                            }
                            return method.invoke(packageManager, args);
                        }
                    });


            sPackageManagerField.set(null, mIPackageManagerProxy);

        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

总结

启动插件Activity需要处理以下三个步骤

  • 将启动插件Activity替换为宿主中的占位Activity,绕过AMS检测
  • 将被替换的插件Activity还原回来
  • 为插件创建LoadedApk,实现对插件APK中类与资源文件的加载

使用纯Hook试的插件化方案优势在于侵入性较低。劣势在于兼容性较差,在hook的过程中通过反射访问的系统类与方法大部分都被hide,这些类与方法很有可能在Android版本迭代时发生改变。

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