有關Android外掛化思考

在 Android 中實現外掛化框架，需要解決的問題主要如下：

• 資源和程式碼的載入

• Android 生命週期的管理和元件的註冊

• 宿主 APK 和外掛 APK 資源取用的衝突解決

下麵分析幾個目前主流的開源框架，看看每個框架具體實現思路和優缺點。

DL 動態載入框架 ( 2014 年底)

是基於代理的方式實現外掛框架，對 App 的表層做了處理，透過在 Manifest 中註冊代理元件，當啟動外掛元件時，首先啟動一個代理元件，然後透過這個代理元件來構建，啟動外掛元件。 需要按照一定的規則來開發外掛 APK，外掛中的元件需要實現經過改造後的 Activity、FragmentActivity、Service 等的子類。

優點如下：

• 外掛需要遵循一定的規則，因此安全方面可控制。

• 方案簡單，適用於自身少量程式碼的外掛化改造。

缺點如下：

• 不支援透過 This 呼叫元件的方法，需要透過 that 去呼叫。

• 由於 APK 中的 Activity 沒有註冊，不支援隱式呼叫 APK 內部的 Activity。

• 外掛編寫和改造過程中，需要考慮相容性問題比較多，聯調起來會比較費時費力。

DroidPlugin ( 2015 年 8 月)

DroidPlugin 是 360 手機助手實現的一種外掛化框架，它可以直接執行第三方的獨立 APK 檔案，完全不需要對 APK 進行修改或安裝。一種新的外掛機制，一種免安裝的執行機制，是一個沙箱（但是不完全的沙箱。就是對於使用者來說，並不知道他會把 apk 怎麼樣）， 是模組化的基礎。

實現原理：

• 共享行程：為android提供一個行程執行多個 apk 的機制，透過 API 欺騙機制瞞過系統。

• 佔坑：透過預先佔坑的方式實現不用在 manifest 註冊，透過一帶多的方式實現服務管理。

• Hook 機制：動態代理實現函式 hook ，Binder 代理繞過部分系統服務限制，IO 重定向（先獲取原始 Object –> Read ，然後動態代理 Hook Object 後–> Write 回去，達到瞞天過海的目的）。

外掛 Host 的程式架構：

優點如下：

• 支援 Android 四大元件，而且外掛中的元件不需要在宿主 APK 中註冊。

• 支援 Android 2.3 及以上系統，支援所有的系統 API。

• 外掛與外掛之間，外掛與宿主之間的程式碼和資源完全隔閡。

• 實現了行程管理，外掛的空行程會被及時回收，佔用記憶體低。

缺點如下：

• 外掛 APK 中不支援自定義資源的 Notification，通知欄限制。

• 外掛 APK 中無法註冊具有特殊的 IntentFilter 的四大元件。

• 缺乏對 Native 層的 Hook 操作，對於某些帶有 Native 程式碼的外掛 APK 支援不友好，可能無法正常執行。

• 由於外掛與外掛，外掛與宿主之間的程式碼完全隔離，因此，外掛與外掛，外掛與宿主之間的通訊只能透過 Android 系統級別的通訊方式。

• 安全性擔憂（可以修改，hook一些重要資訊）。

• 機型適配（不是所有機器上都能行，因為大量用反射相關，如果rom廠商深度定製了framework層，反射的方法或者類不在，容易外掛運用失敗）

Small ( 2015 年底)

Small 是一種實現輕巧的跨平臺外掛化框架，基於“輕量、透明、極小化、跨平臺”的理念，實現原理有以下三點。

• 動態載入類：我們知道外掛化很多都從 DexClassLoader 類有個 DexPathList 清單，支援 dex/jar/zip/apk 檔案格式，卻沒有支援 .so 檔案格式，因此 Small 框架則是把 .so 檔案包裝成 zip 檔案格式，插入到 DexPathList 集合中，改寫動態載入的程式碼。

• 資源分段：由於 Android 資源的格式是 0xPPTTNNNN ，PP 是包 ID ，00-02 是屬於系統，7f 屬於應用程式，03-7e 則保留，可以在這個範圍內做文章 ， TT 則是 Type 比如，attr 、layout 、string 等等，NNNN 則是資源全域性 ID。那麼這個框架則是對資源包進行重新打包，每個外掛重新分配資源 ID ，這樣就保證了宿主和外掛的資源不衝突。

• 動態代理註冊：在 Android 中要使用四大元件，都是需要在 manifest 清單中註冊，這樣才可以使用，那如何在不註冊情況也能使用呢，這裡就是用到動態代理機制進行 Hook ，在傳送 AMS 之前用佔坑的元件來欺騙系統，透過認證後，再把真正要呼叫的元件還原回來，達到瞞天過海目的。

架構圖：

優點如下：

• 所有外掛支援內建宿主包中。

• 外掛的編碼和資源檔案的使用與普通開發應用沒有差別。

• 透過設定 URI ，宿主以及 Native 應用外掛，Web 外掛，線上網頁等能夠方便進行通訊。
  支援 Android 、 iOS 、和 Html5 ，三者可以透過同一套 Javascript 介面實現通訊。

缺點如下：

• 暫不支援 Service 的動態註冊，不過這個可以透過將 Service 預先註冊在宿主的 AndroidManifest.xml 檔案中進行規避，因為 Service 的更新頻率通常非常低。

與其他主流框架的區別：

DyLA  : Dynamic-load-apk          @singwhatiwanna  
DiLA  : Direct-Load-apk           @FinalLody  
APF   : Android-Plugin-Framework  @limpoxe  
ACDD  : ACDD                      @bunnyblue  
DyAPK : DynamicAPK                @TediWang  
DPG   : DroidPlugin               @cmzy, 360

• 功能

• 透明度

VirtualAPK (2017年 6 月 )

VirtualAPK 是滴滴開源的一套外掛化框架，支援幾乎所有的 Android 特性，四大元件方面。

架構圖：

實現思路：

VirtualAPK 對外掛沒有額外的約束，原生的 apk 即可作為外掛。外掛工程編譯生成 apk後，即可透過宿主 App 載入，每個外掛 apk 被載入後，都會在宿主中建立一個單獨的 LoadedPlugin 物件。如下圖所示，透過這些 LoadedPlugin 物件，VirtualAPK 就可以管理外掛並賦予外掛新的意義，使其可以像手機中安裝過的 App 一樣執行。

• 合併宿主和外掛的ClassLoader 需要註意的是，外掛中的類不可以和宿主重覆

• 合併外掛和宿主的資源 重設外掛資源的 packageId，將外掛資源和宿主資源合併

• 去除外掛包對宿主的取用 構建時透過 Gradle 外掛去除外掛對宿主的程式碼以及資源的取用

特性如下：

四大元件均不需要在宿主manifest中預註冊，每個元件都有完整的生命週期。

• Activity：支援顯示和隱式呼叫，支援Activity的theme和LaunchMode，支援透明主題；

• Service：支援顯示和隱式呼叫，支援Service的start、stop、bind和unbind，並支援跨行程bind外掛中的Service；

• Receiver：支援靜態註冊和動態註冊的Receiver；

• ContentProvider：支援provider的所有操作，包括CRUD和call方法等，支援跨行程訪問外掛中的Provider。

• 自定義View：支持自定義 View，支援自定義屬性和style，支援動畫；

• PendingIntent：支援PendingIntent以及和其相關的Alarm、Notification和AppWidget；

• 支援外掛Application以及外掛manifest中的meta-data；

• 支援外掛中的so。

優秀的相容性

• 相容市面上幾乎所有的Android手機，這一點已經在滴滴出行客戶端中得到驗證。

• 資源方面適配小米、Vivo、Nubia 等，對未知機型採用自適應適配方案。

• 極少的 Binder Hook，目前僅僅 hook了兩個Binder：AMS和IContentProvider，hook 過程做了充分的相容性適配。

• 外掛執行邏輯和宿主隔離，確保框架的任何問題都不會影響宿主的正常執行。

入侵性極低

• 外掛開發等同於原生開發，四大元件無需繼承特定的基類；

• 精簡的外掛包，外掛可以依賴宿主中的程式碼和資源，也可以不依賴；

• 外掛的構建過程簡單，透過 Gradle 外掛來完成外掛的構建，整個過程對開發者透明。

如下是 VirtualAPK 和主流的外掛化框架之間的對比。

RePlugin (2017 年 7 月)

RePlugin是一套完整的、穩定的、適合全面使用的，佔坑類外掛化方案，由360手機衛士的RePlugin Team研發，也是業內首個提出”全面外掛化“（全面特性、全面相容、全面使用）的方案。

框架圖：

主要優勢有：

• 極其靈活：主程式無需升級（無需在Manifest中預埋元件），即可支援新增的四大元件，甚至全新的外掛

• 非常穩定：Hook 點僅有一處（ClassLoader），無任何 Binder Hook！如此可做到其崩潰率僅為“萬分之一”，並完美相容市面上近乎所有的 Android ROM。

• 特性豐富：支援近乎所有在“單品”開發時的特性。包括靜態 Receiver、 Task-Affinity 坑位、自定義 Theme、行程坑位、AppCompat、DataBinding等。

• 易於整合：無論外掛還是主程式，只需“數行”就能完成接入。

• 管理成熟：擁有成熟穩定的“外掛管理方案”，支援外掛安裝、升級、解除安裝、版本管理，甚至包括行程通訊、協議版本、安全校驗等。
  數億支撐：有 360 手機衛士龐大的數億使用者做支撐，三年多的殘酷驗證，確保App用到的方案是最穩定、最適合使用的。