Android apk動態加載機制的研究
背景
問題是這樣的：我們知道，apk必須安裝才能運行，如果不安裝要是也能運行該多好啊，事實上，這不是完全不可能的，盡管它比較難實現。在理論層面上，我們可以通過一個宿主程序來運行一些未安裝的apk，當然，實踐層面上也能實現，不過這對未安裝的apk有要求。我們的想法是這樣的，首先要明白apk未安裝是不能被直接調起來的，但是我們可以采用一個程序（稱之為宿主程序）去動態加載apk文件并將其放在自己的進程中執行，本文要介紹的就是這么一種方法，同時這種方法還有很多問題，尤其是資源的訪問。因為將apk加載到宿主程序中去執行，就無法通過宿主程序的Context去取到apk中的資源,比如圖片、文本等，這是很好理解的，因為apk已經不存在上下文了，它執行時所采用的上下文是宿主程序的上下文，用別人的Context是無法得到自己的資源的，不過這個問題貌似可以這么解決：將apk中的資源解壓到某個目錄，然后通過文件去操作資源，這只是理論上可行，實際上還是會有很多的難點的。除了資源存取的問題，還有一個問題是activity的生命周期，因為apk被宿主程序加載執行后，它的activity其實就是一個普通的類，正常情況下，activity的生命周期是由系統來管理的，現在被宿主程序接管了以后，如何替代系統對apk中的activity的生命周期進行管理是有難度的，不過這個問題比資源的訪問好解決一些，比如我們可以在宿主程序中模擬activity的生命周期并合適地調用apk中activity的生命周期方法。本文暫時不對這兩個問題進行解決，因為很難，本文僅僅對apk的動態執行機制進行介紹，盡管如此，聽起來還是有點小激動，不是嗎?
工作原理
如下圖所示，首先宿主程序會到文件系統比如sd卡去加載apk，然后通過一個叫做proxy的activity去執行apk中的activity。
關于動態加載apk，理論上可以用到的有DexClassLoader、PathClassLoader和URLClassLoader。
DexClassLoader ：可以加載文件系統上的jar、dex、apk
PathClassLoader ：可以加載/data/app目錄下的apk，這也意味著，它只能加載已經安裝的apk
URLClassLoader ：可以加載java中的jar，但是由于dalvik不能直接識別jar，所以此方法在android中無法使用，盡管還有這個類
關于jar、dex和apk，dex和apk是可以直接加載的，因為它們都是或者內部有dex文件，而原始的jar是不行的，必須轉換成dalvik所能識別的字節碼文件，轉換工具可以使用android sdk中platform-tools目錄下的dx
轉換命令 ：dx --dex --output=dest.jar src.jar
示例
宿主程序的實現
1. 主界面很簡單，放了一個button，點擊就會調起apk，我把apk直接放在了sd卡中，至于先把apk從網上下載到本地再加載其實是一個道理。
@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);
}
} 點擊button以后，proxy會被調起，然后加載apk并調起的任務就交給它了
2. 代理activity的實現（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();
}
}
} 說明：程序不難理解，思路是這樣的：采用DexClassLoader去加載apk，然后如果沒有指定class，就調起主activity，否則調起指定的class。activity被調起的過程是這樣的：首先通過類加載器去加載apk中activity的類并創建一個新對象，然后通過反射去調用這個對象的setProxy方法和onCreate方法，setProxy方法的作用是將activity內部的執行全部交由宿主程序中的proxy（也是一個activity），onCreate方法是activity的入口，setProxy以后就調用onCreate方法，這個時候activity就被調起來了。
待執行apk的實現
1. 為了讓proxy全面接管apk中所有activity的執行，需要為activity定義一個基類BaseActivity，在基類中處理代理相關的事情，同時BaseActivity還對是否使用代理進行了判斷，如果不使用代理，那么activity的邏輯仍然按照正常的方式執行，也就是說，這個apk既可以按照執行，也可以由宿主程序來執行。
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);
}
}
} 說明：相信大家一看代碼就明白了，其中setProxy方法的作用就是為了讓宿主程序能夠接管自己的執行，一旦被接管以后，其所有的執行均通過proxy，且Context也變成了宿主程序的Context，也許這么說比較形象：宿主程序其實就是個空殼，它只是把其它apk加載到自己的內部去執行，這也就更能理解為什么資源訪問變得很困難，你會發現好像訪問不到apk中的資源了，的確是這樣的，但是目前我還沒有很好的方法去解決。
2. 入口activity的實現
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;
}
} 說明：由于訪問不到apk中的資源了，所以界面是代碼寫的，而不是寫在xml中，因為xml讀不到了，這也是個大問題。注意到主界面中有一個button，點擊后跳到了另一個activity，這個時候是不能直接調用系統的startActivity方法的，而是必須通過宿主程序中的proxy來執行，原因很簡單，首先apk本書沒有Context，所以它無法調起activity，另外由于這個子activity是apk中的，通過宿主程序直接調用它也是不行的，因為它對宿主程序來說是不可見的，所以只能通過proxy來調用，是不是感覺很麻煩？但是，你還有更好的辦法嗎?
3. 子activity的實現
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("這是測試頁面");
setContentView(button);
}
} 說明：代碼很簡單，不用介紹了，同理，界面還是用代碼來寫的。
運行效果
1. 首先看apk安裝時的運行效果
2. 再看看未安裝時被宿主程序執行的效果
說明：可以發現，安裝和未安裝，執行效果是一樣的，差別在于：首先未安裝的時候由于采用了反射，所以執行效率會略微降低，其次，應用的標題發生了改變，也就是說，盡管apk被執行了，但是它畢竟是在宿主程序里面執行的，所以它還是屬于宿主程序的，因此apk未安裝被執行時其標題不是自己的，不過這也可以間接證明，apk的確被宿主程序執行了，不信看標題。最后，我想說一下這么做的意義，這樣做有利于實現模塊化，同時還可以實現插件機制，但是問題還是很多的，最復雜的兩個問題：資源的訪問和activity生命周期的管理，期待大家有好的解決辦法，歡迎交流。
代碼下載：
https://github.com/singwhatiwanna/dynamic-load-apk
http://download.csdn.net/detail/singwhatiwanna/7121505