Android apk动态加载机制的研究

klmy2902 9年前

背景

问题是这样的:我们知道,apk必须安装才能运行,如果不安装要是也能运行该多好啊,事实上,这不是完全不可能的,尽管它比较难实现。在理论层面上,我们可以通过一个宿主程序来运行一些未安装的apk,当然,实践层面上也能实现,不过这对未安装的apk有要求。我们的想法是这样的,首先要明白apk未安装是不能被直接调起来的,但是我们可以采用一个程序(称之为宿主程序)去动态加载apk文件并将其放在自己的进程中执行,本文要介绍的就是这么一种方法,同时这种方法还有很多问题,尤其是资源的访问。因为将apk加载到宿主程序中去执行,就无法通过宿主程序的Context去取到apk中的资源,比如图片、文本等,这是很好理解的,因为apk已经不存在上下文了,它执行时所采用的上下文是宿主程序的上下文,用别人的Context是无法得到自己的资源的,不过这个问题貌似可以这么解决:将apk中的资源解压到某个目录,然后通过文件去操作资源,这只是理论上可行,实际上还是会有很多的难点的。除了资源存取的问题,还有一个问题是activity的生命周期,因为apk被宿主程序加载执行后,它的activity其实就是一个普通的类,正常情况下,activity的生命周期是由系统来管理的,现在被宿主程序接管了以后,如何替代系统对apk中的activity的生命周期进行管理是有难度的,不过这个问题比资源的访问好解决一些,比如我们可以在宿主程序中模拟activity的生命周期并合适地调用apk中activity的生命周期方法。本文暂时不对这两个问题进行解决,因为很难,本文仅仅对apk的动态执行机制进行介绍,尽管如此,听起来还是有点小激动,不是吗?

工作原理

如下图所示,首先宿主程序会到文件系统比如sd卡去加载apk,然后通过一个叫做proxy的activity去执行apk中的activity。

关于动态加载apk,理论上可以用到的有DexClassLoader、PathClassLoader和URLClassLoader。

DexClassLoader :可以加载文件系统上的jar、dex、apk

PathClassLoader :可以加载/data/app目录下的apk,这也意味着,它只能加载已经安装的apk

URLClassLoader :可以加载java中的jar,但是由于dalvik不能直接识别jar,所以此方法在android中无法使用,尽管还有这个类

关于jar、dex和apk,dex和apk是可以直接加载的,因为它们都是或者内部有dex文件,而原始的jar是不行的,必须转换成dalvik所能识别的字节码文件,转换工具可以使用android sdk中platform-tools目录下的dx

转换命令 :dx --dex --output=dest.jar src.jar

示例

宿主程序的实现

1. 主界面很简单,放了一个button,点击就会调起apk,我把apk直接放在了sd卡中,至于先把apk从网上下载到本地再加载其实是一个道理。

@Override  public void onClick(View v) {      if (v == mOpenClient) {          Intent intent = new Intent(this, ProxyActivity.class);          intent.putExtra(ProxyActivity.EXTRA_DEX_PATH, "/mnt/sdcard/DynamicLoadHost/plugin.apk");          startActivity(intent);      }  }

点击button以后,proxy会被调起,然后加载apk并调起的任务就交给它了

2. 代理activity的实现(proxy)

package com.ryg.dynamicloadhost;  import java.lang.reflect.Constructor;  import java.lang.reflect.Method;  import dalvik.system.DexClassLoader;  import android.annotation.SuppressLint;  import android.app.Activity;  import android.content.pm.PackageInfo;  import android.os.Bundle;  import android.util.Log;  public class ProxyActivity extends Activity {      private static final String TAG = "ProxyActivity";      public static final String FROM = "extra.from";      public static final int FROM_EXTERNAL = 0;      public static final int FROM_INTERNAL = 1;      public static final String EXTRA_DEX_PATH = "extra.dex.path";      public static final String EXTRA_CLASS = "extra.class";      private String mClass;      private String mDexPath;      @Override      protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {          super.onCreate(savedInstanceState);          mDexPath = getIntent().getStringExtra(EXTRA_DEX_PATH);          mClass = getIntent().getStringExtra(EXTRA_CLASS);          Log.d(TAG, "mClass=" + mClass + " mDexPath=" + mDexPath);          if (mClass == null) {              launchTargetActivity();          } else {              launchTargetActivity(mClass);          }      }      @SuppressLint("NewApi")      protected void launchTargetActivity() {          PackageInfo packageInfo = getPackageManager().getPackageArchiveInfo(                  mDexPath, 1);          if ((packageInfo.activities != null)                  && (packageInfo.activities.length > 0)) {              String activityName = packageInfo.activities[0].name;              mClass = activityName;              launchTargetActivity(mClass);          }      }      @SuppressLint("NewApi")      protected void launchTargetActivity(final String className) {          Log.d(TAG, "start launchTargetActivity, className=" + className);          File dexOutputDir = this.getDir("dex", 0);          final String dexOutputPath = dexOutputDir.getAbsolutePath();          ClassLoader localClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();          DexClassLoader dexClassLoader = new DexClassLoader(mDexPath,                  dexOutputPath, null, localClassLoader);          try {              Class<?> localClass = dexClassLoader.loadClass(className);              Constructor<?> localConstructor = localClass                      .getConstructor(new Class[] {});              Object instance = localConstructor.newInstance(new Object[] {});              Log.d(TAG, "instance = " + instance);              Method setProxy = localClass.getMethod("setProxy",                      new Class[] { Activity.class });              setProxy.setAccessible(true);              setProxy.invoke(instance, new Object[] { this });              Method onCreate = localClass.getDeclaredMethod("onCreate",                      new Class[] { Bundle.class });              onCreate.setAccessible(true);              Bundle bundle = new Bundle();              bundle.putInt(FROM, FROM_EXTERNAL);              onCreate.invoke(instance, new Object[] { bundle });          } catch (Exception e) {              e.printStackTrace();          }      }  }

说明:程序不难理解,思路是这样的:采用DexClassLoader去加载apk,然后如果没有指定class,就调起主activity,否则调起指定的class。activity被调起的过程是这样的:首先通过类加载器去加载apk中activity的类并创建一个新对象,然后通过反射去调用这个对象的setProxy方法和onCreate方法,setProxy方法的作用是将activity内部的执行全部交由宿主程序中的proxy(也是一个activity),onCreate方法是activity的入口,setProxy以后就调用onCreate方法,这个时候activity就被调起来了。

待执行apk的实现

1. 为了让proxy全面接管apk中所有activity的执行,需要为activity定义一个基类BaseActivity,在基类中处理代理相关的事情,同时BaseActivity还对是否使用代理进行了判断,如果不使用代理,那么activity的逻辑仍然按照正常的方式执行,也就是说,这个apk既可以按照执行,也可以由宿主程序来执行。

package com.ryg.dynamicloadclient;  import android.app.Activity;  import android.content.Intent;  import android.os.Bundle;  import android.util.Log;  import android.view.View;  import android.view.ViewGroup.LayoutParams;  public class BaseActivity extends Activity {      private static final String TAG = "Client-BaseActivity";      public static final String FROM = "extra.from";      public static final int FROM_EXTERNAL = 0;      public static final int FROM_INTERNAL = 1;      public static final String EXTRA_DEX_PATH = "extra.dex.path";      public static final String EXTRA_CLASS = "extra.class";      public static final String PROXY_VIEW_ACTION = "com.ryg.dynamicloadhost.VIEW";      public static final String DEX_PATH = "/mnt/sdcard/DynamicLoadHost/plugin.apk";      protected Activity mProxyActivity;      protected int mFrom = FROM_INTERNAL;      public void setProxy(Activity proxyActivity) {          Log.d(TAG, "setProxy: proxyActivity= " + proxyActivity);          mProxyActivity = proxyActivity;      }      @Override      protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {          if (savedInstanceState != null) {              mFrom = savedInstanceState.getInt(FROM, FROM_INTERNAL);          }          if (mFrom == FROM_INTERNAL) {              super.onCreate(savedInstanceState);              mProxyActivity = this;          }          Log.d(TAG, "onCreate: from= " + mFrom);      }      protected void startActivityByProxy(String className) {          if (mProxyActivity == this) {              Intent intent = new Intent();              intent.setClassName(this, className);              this.startActivity(intent);          } else {              Intent intent = new Intent(PROXY_VIEW_ACTION);              intent.putExtra(EXTRA_DEX_PATH, DEX_PATH);              intent.putExtra(EXTRA_CLASS, className);              mProxyActivity.startActivity(intent);          }      }      @Override      public void setContentView(View view) {          if (mProxyActivity == this) {              super.setContentView(view);          } else {              mProxyActivity.setContentView(view);          }      }      @Override      public void setContentView(View view, LayoutParams params) {          if (mProxyActivity == this) {              super.setContentView(view, params);          } else {              mProxyActivity.setContentView(view, params);          }      }      @Deprecated      @Override      public void setContentView(int layoutResID) {          if (mProxyActivity == this) {              super.setContentView(layoutResID);          } else {              mProxyActivity.setContentView(layoutResID);          }      }      @Override      public void addContentView(View view, LayoutParams params) {          if (mProxyActivity == this) {              super.addContentView(view, params);          } else {              mProxyActivity.addContentView(view, params);          }      }  }

说明:相信大家一看代码就明白了,其中setProxy方法的作用就是为了让宿主程序能够接管自己的执行,一旦被接管以后,其所有的执行均通过proxy,且Context也变成了宿主程序的Context,也许这么说比较形象:宿主程序其实就是个空壳,它只是把其它apk加载到自己的内部去执行,这也就更能理解为什么资源访问变得很困难,你会发现好像访问不到apk中的资源了,的确是这样的,但是目前我还没有很好的方法去解决。
2. 入口activity的实现

public class MainActivity extends BaseActivity {      private static final String TAG = "Client-MainActivity";      @Override      protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {          super.onCreate(savedInstanceState);          initView(savedInstanceState);      }      private void initView(Bundle savedInstanceState) {          mProxyActivity.setContentView(generateContentView(mProxyActivity));      }      private View generateContentView(final Context context) {          LinearLayout layout = new LinearLayout(context);          layout.setLayoutParams(new LayoutParams(LayoutParams.MATCH_PARENT,                  LayoutParams.MATCH_PARENT));          layout.setBackgroundColor(Color.parseColor("#F79AB5"));          Button button = new Button(context);          button.setText("button");          layout.addView(button, LayoutParams.MATCH_PARENT,                  LayoutParams.WRAP_CONTENT);          button.setOnClickListener(new OnClickListener() {              @Override              public void onClick(View v) {                  Toast.makeText(context, "you clicked button",                          Toast.LENGTH_SHORT).show();                  startActivityByProxy("com.ryg.dynamicloadclient.TestActivity");              }          });          return layout;      }  }

说明:由于访问不到apk中的资源了,所以界面是代码写的,而不是写在xml中,因为xml读不到了,这也是个大问题。注意到主界面中有一个button,点击后跳到了另一个activity,这个时候是不能直接调用系统的startActivity方法的,而是必须通过宿主程序中的proxy来执行,原因很简单,首先apk本书没有Context,所以它无法调起activity,另外由于这个子activity是apk中的,通过宿主程序直接调用它也是不行的,因为它对宿主程序来说是不可见的,所以只能通过proxy来调用,是不是感觉很麻烦?但是,你还有更好的办法吗?

3. 子activity的实现

package com.ryg.dynamicloadclient;  import android.graphics.Color;  import android.os.Bundle;  import android.view.ViewGroup.LayoutParams;  import android.widget.Button;  public class TestActivity extends BaseActivity{      @Override      protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {          super.onCreate(savedInstanceState);          Button button = new Button(mProxyActivity);          button.setLayoutParams(new LayoutParams(LayoutParams.MATCH_PARENT,                  LayoutParams.MATCH_PARENT));          button.setBackgroundColor(Color.YELLOW);          button.setText("这是测试页面");          setContentView(button);      }  }

说明:代码很简单,不用介绍了,同理,界面还是用代码来写的。

运行效果

1. 首先看apk安装时的运行效果

2. 再看看未安装时被宿主程序执行的效果

说明:可以发现,安装和未安装,执行效果是一样的,差别在于:首先未安装的时候由于采用了反射,所以执行效率会略微降低,其次,应用的标题发生了改变,也就是说,尽管apk被执行了,但是它毕竟是在宿主程序里面执行的,所以它还是属于宿主程序的,因此apk未安装被执行时其标题不是自己的,不过这也可以间接证明,apk的确被宿主程序执行了,不信看标题。最后,我想说一下这么做的意义,这样做有利于实现模块化,同时还可以实现插件机制,但是问题还是很多的,最复杂的两个问题:资源的访问和activity生命周期的管理,期待大家有好的解决办法,欢迎交流。

代码下载:

https://github.com/singwhatiwanna/dynamic-load-apk

http://download.csdn.net/detail/singwhatiwanna/7121505