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Android之Android apk動態加載機制的研究

本文轉載自   查看原文   2014-04-14 21:59   20397    android講義

轉載請注明出處：http://blog.csdn.net/singwhatiwanna/article/details/22597587 （來自singwhatiwanna的csdn博客）

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文件並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的生命周期並合適地調用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。

關於動態加載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，這也意味着，它只能加載已經安裝的apk

URLClassLoader ：可以加載java中的jar，但是由於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

關於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，至於先把apk從網上下載到本地再加載其實是一個道理。

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  1. @Override  
  2. public void onClick(View v) {  
  3.     if (v == mOpenClient) {  
  4.         Intent intent = new Intent(this, ProxyActivity.class);  
  5.         intent.putExtra(ProxyActivity.EXTRA_DEX_PATH, "/mnt/sdcard/DynamicLoadHost/plugin.apk");  
  6.         startActivity(intent);  
  7.     }  
  8.   
  9. }  

點擊button以后，proxy會被調起，然后加載apk並調起的任務就交給它了

2. 代理activity的實現（proxy）

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  1. package com.ryg.dynamicloadhost;  
  2.   
  3. import java.lang.reflect.Constructor;  
  4. import java.lang.reflect.Method;  
  5.   
  6. import dalvik.system.DexClassLoader;  
  7. import android.annotation.SuppressLint;  
  8. import android.app.Activity;  
  9. import android.content.pm.PackageInfo;  
  10. import android.os.Bundle;  
  11. import android.util.Log;  
  12.   
  13. public class ProxyActivity extends Activity {  
  14.   
  15.     private static final String TAG = "ProxyActivity";  
  16.   
  17.     public static final String FROM = "extra.from";  
  18.     public static final int FROM_EXTERNAL = 0;  
  19.     public static final int FROM_INTERNAL = 1;  
  20.   
  21.     public static final String EXTRA_DEX_PATH = "extra.dex.path";  
  22.     public static final String EXTRA_CLASS = "extra.class";  
  23.   
  24.     private String mClass;  
  25.     private String mDexPath;  
  26.   
  27.     @Override  
  28.     protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {  
  29.         super.onCreate(savedInstanceState);  
  30.         mDexPath = getIntent().getStringExtra(EXTRA_DEX_PATH);  
  31.         mClass = getIntent().getStringExtra(EXTRA_CLASS);  
  32.   
  33.         Log.d(TAG, "mClass=" + mClass + " mDexPath=" + mDexPath);  
  34.         if (mClass == null) {  
  35.             launchTargetActivity();  
  36.         } else {  
  37.             launchTargetActivity(mClass);  
  38.         }  
  39.     }  
  40.   
  41.     @SuppressLint("NewApi")  
  42.     protected void launchTargetActivity() {  
  43.         PackageInfo packageInfo = getPackageManager().getPackageArchiveInfo(  
  44.                 mDexPath, 1);  
  45.         if ((packageInfo.activities != null)  
  46.                 && (packageInfo.activities.length > 0)) {  
  47.             String activityName = packageInfo.activities[0].name;  
  48.             mClass = activityName;  
  49.             launchTargetActivity(mClass);  
  50.         }  
  51.     }  
  52.   
  53.     @SuppressLint("NewApi")  
  54.     protected void launchTargetActivity(final String className) {  
  55.         Log.d(TAG, "start launchTargetActivity, className=" + className);  
  56.         File dexOutputDir = this.getDir("dex", 0);  
  57.         final String dexOutputPath = dexOutputDir.getAbsolutePath();  
  58.         ClassLoader localClassLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();  
  59.         DexClassLoader dexClassLoader = new DexClassLoader(mDexPath,  
  60.                 dexOutputPath, null, localClassLoader);  
  61.         try {  
  62.             Class<?> localClass = dexClassLoader.loadClass(className);  
  63.             Constructor<?> localConstructor = localClass  
  64.                     .getConstructor(new Class[] {});  
  65.             Object instance = localConstructor.newInstance(new Object[] {});  
  66.             Log.d(TAG, "instance = " + instance);  
  67.   
  68.             Method setProxy = localClass.getMethod("setProxy",  
  69.                     new Class[] { Activity.class });  
  70.             setProxy.setAccessible(true);  
  71.             setProxy.invoke(instance, new Object[] { this });  
  72.   
  73.             Method onCreate = localClass.getDeclaredMethod("onCreate",  
  74.                     new Class[] { Bundle.class });  
  75.             onCreate.setAccessible(true);  
  76.             Bundle bundle = new Bundle();  
  77.             bundle.putInt(FROM, FROM_EXTERNAL);  
  78.             onCreate.invoke(instance, new Object[] { bundle });  
  79.         } catch (Exception e) {  
  80.             e.printStackTrace();  
  81.         }  
  82.     }  
  83.   
  84. }  

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的類並創建一個新對象，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。

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  1. package com.ryg.dynamicloadclient;  
  2.   
  3. import android.app.Activity;  
  4. import android.content.Intent;  
  5. import android.os.Bundle;  
  6. import android.util.Log;  
  7. import android.view.View;  
  8. import android.view.ViewGroup.LayoutParams;  
  9.   
  10. public class BaseActivity extends Activity {  
  11.   
  12.     private static final String TAG = "Client-BaseActivity";  
  13.   
  14.     public static final String FROM = "extra.from";  
  15.     public static final int FROM_EXTERNAL = 0;  
  16.     public static final int FROM_INTERNAL = 1;  
  17.     public static final String EXTRA_DEX_PATH = "extra.dex.path";  
  18.     public static final String EXTRA_CLASS = "extra.class";  
  19.   
  20.     public static final String PROXY_VIEW_ACTION = "com.ryg.dynamicloadhost.VIEW";  
  21.     public static final String DEX_PATH = "/mnt/sdcard/DynamicLoadHost/plugin.apk";  
  22.   
  23.     protected Activity mProxyActivity;  
  24.     protected int mFrom = FROM_INTERNAL;  
  25.   
  26.     public void setProxy(Activity proxyActivity) {  
  27.         Log.d(TAG, "setProxy: proxyActivity= " + proxyActivity);  
  28.         mProxyActivity = proxyActivity;  
  29.     }  
  30.   
  31.     @Override  
  32.     protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {  
  33.         if (savedInstanceState != null) {  
  34.             mFrom = savedInstanceState.getInt(FROM, FROM_INTERNAL);  
  35.         }  
  36.         if (mFrom == FROM_INTERNAL) {  
  37.             super.onCreate(savedInstanceState);  
  38.             mProxyActivity = this;  
  39.         }  
  40.         Log.d(TAG, "onCreate: from= " + mFrom);  
  41.     }  
  42.   
  43.     protected void startActivityByProxy(String className) {  
  44.         if (mProxyActivity == this) {  
  45.             Intent intent = new Intent();  
  46.             intent.setClassName(this, className);  
  47.             this.startActivity(intent);  
  48.         } else {  
  49.             Intent intent = new Intent(PROXY_VIEW_ACTION);  
  50.             intent.putExtra(EXTRA_DEX_PATH, DEX_PATH);  
  51.             intent.putExtra(EXTRA_CLASS, className);  
  52.             mProxyActivity.startActivity(intent);  
  53.         }  
  54.     }  
  55.   
  56.     @Override  
  57.     public void setContentView(View view) {  
  58.         if (mProxyActivity == this) {  
  59.             super.setContentView(view);  
  60.         } else {  
  61.             mProxyActivity.setContentView(view);  
  62.         }  
  63.     }  
  64.   
  65.     @Override  
  66.     public void setContentView(View view, LayoutParams params) {  
  67.         if (mProxyActivity == this) {  
  68.             super.setContentView(view, params);  
  69.         } else {  
  70.             mProxyActivity.setContentView(view, params);  
  71.         }  
  72.     }  
  73.   
  74.     @Deprecated  
  75.     @Override  
  76.     public void setContentView(int layoutResID) {  
  77.         if (mProxyActivity == this) {  
  78.             super.setContentView(layoutResID);  
  79.         } else {  
  80.             mProxyActivity.setContentView(layoutResID);  
  81.         }  
  82.     }  
  83.   
  84.     @Override  
  85.     public void addContentView(View view, LayoutParams params) {  
  86.         if (mProxyActivity == this) {  
  87.             super.addContentView(view, params);  
  88.         } else {  
  89.             mProxyActivity.addContentView(view, params);  
  90.         }  
  91.     }  
  92. }  

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

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  1. public class MainActivity extends BaseActivity {  
  2.   
  3.     private static final String TAG = "Client-MainActivity";  
  4.   
  5.     @Override  
  6.     protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {  
  7.         super.onCreate(savedInstanceState);  
  8.         initView(savedInstanceState);  
  9.     }  
  10.   
  11.     private void initView(Bundle savedInstanceState) {  
  12.         mProxyActivity.setContentView(generateContentView(mProxyActivity));  
  13.     }  
  14.   
  15.     private View generateContentView(final Context context) {  
  16.         LinearLayout layout = new LinearLayout(context);  
  17.         layout.setLayoutParams(new LayoutParams(LayoutParams.MATCH_PARENT,  
  18.                 LayoutParams.MATCH_PARENT));  
  19.         layout.setBackgroundColor(Color.parseColor("#F79AB5"));  
  20.         Button button = new Button(context);  
  21.         button.setText("button");  
  22.         layout.addView(button, LayoutParams.MATCH_PARENT,  
  23.                 LayoutParams.WRAP_CONTENT);  
  24.         button.setOnClickListener(new OnClickListener() {  
  25.             @Override  
  26.             public void onClick(View v) {  
  27.                 Toast.makeText(context, "you clicked button",  
  28.                         Toast.LENGTH_SHORT).show();  
  29.                 startActivityByProxy("com.ryg.dynamicloadclient.TestActivity");  
  30.             }  
  31.         });  
  32.         return layout;  
  33.     }  
  34.   
  35. }  

說明：由於訪問不到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，另外由於這個子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

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  1. package com.ryg.dynamicloadclient;  
  2.   
  3. import android.graphics.Color;  
  4. import android.os.Bundle;  
  5. import android.view.ViewGroup.LayoutParams;  
  6. import android.widget.Button;  
  7.   
  8. public class TestActivity extends BaseActivity{  
  9.   
  10.     @Override  
  11.     protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {  
  12.         super.onCreate(savedInstanceState);  
  13.         Button button = new Button(mProxyActivity);  
  14.         button.setLayoutParams(new LayoutParams(LayoutParams.MATCH_PARENT,  
  15.                 LayoutParams.MATCH_PARENT));  
  16.         button.setBackgroundColor(Color.YELLOW);  
  17.         button.setText("這是測試頁面");  
  18.         setContentView(button);  
  19.     }  
  20.   
  21. }  

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，差別在於：首先未安裝的時候由於采用了反射，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，所以它還是屬於宿主程序的，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，這樣做有利於實現模塊化，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


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