一个使用 APT+字节码插桩优化代码设计的 Android Demo

这篇文档，几年前就写在个人笔记里了，最近因工作原因需要做些插桩的活，于是翻起了这篇文档。
重看时，依旧能感受到，当初萌新时对代码重构的一些感悟和触动。于是，将这篇文档共享到这里，希望能对阅读这篇文档的某些人有所触动。

本篇文章，采用一个 Demo 的形式，来阐述 APT 和字节码插桩的使用方式，以及如何用之来优化代码设计。

一. Demo 的引入

1.1 需求描述

假设当前有这么一种场景，我们有一个展示各种 Card 的应用，有只在国内展示的 CNACard、CNBCard 等，有只在国外展示的 ExpACard、ExpBCard 等，也有不管国内外都要展示的 ACard、BCard 等。

1.2 简单的代码结构设计

首先设计出各个 Card，且都实现同一个接口 ICard:

public interface ICard {
    String getCardName();
}

public class ACard implements ICard {
    @Override
    public String getCardName() { return "ACard"; }
}

public class BCard implements ICard {
    @Override
    public String getCardName() { return "BCard"; }
}

public class CNACard implements ICard { /*...*/ }

public class CNBCard implements ICard { /*...*/ }

public class ExpACard implements ICard { /*...*/ }

public class ExpBCard implements ICard { /*...*/ }

接着需要一个 Card 注册器，只有进行过注册的 Card 才会生效展示：

class CardRegister {

    private List<ICard> mCardList = new ArrayList<>();

    void register(ICard card) {
        mCardList.add(card);
    }

    List<ICard> getCardList() {
        return mCardList;
    }
    // ...
}

有了上述各类 Card 以及 Card 注册器后，我们需要设计一个 init() 方法，将需要展示的 Card 进行注册：

public class CardManager {

    public static void init() {
        // 国内外都会展示的 Card
        CardRegister.getInstance().register(new ACard());
        CardRegister.getInstance().register(new BCard());

        if (Feature.sIsCN) { // 只在国内展示的 Card
            CardRegister.getInstance().register(new CNACard());
            CardRegister.getInstance().register(new CNBCard());
        } else { // 只在国外展示的 Card
            CardRegister.getInstance().register(new ExpACard());
            CardRegister.getInstance().register(new ExpBCard());
        }
    }

    public static List<ICard> getAllCard() {
        return CardRegister.getInstance().getCardList();
    }
}

上述代码中，通过 Feature 来控制注册国内的卡片还是国外的卡片，然后我们需要在 Application 中调用 CardManager.init() 方法，使我们的注册过程生效：

public class MyApplication extends Application {

    @Override
    public void onCreate() {
        super.onCreate();
        CardManager.init();
    }
}

最后我们在 Activity 里展示出我们注册的 Card 列表：

public class MainActivity extends AppCompatActivity {

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        // ... ...
        recyclerView.setAdapter(new RecyclerView.Adapter() {
            @NonNull
            @Override
            public RecyclerView.ViewHolder onCreateViewHolder(@NonNull ViewGroup viewGroup, int i) {
                return new RecyclerView.ViewHolder(new TextView(MainActivity.this)) {};
            }

            @Override
            public void onBindViewHolder(@NonNull RecyclerView.ViewHolder viewHolder, int i) {
                ((TextView) viewHolder.itemView).setText(CardManager.getAllCard().get(i).getCardName());
            }

            @Override
            public int getItemCount() {
                return CardManager.getAllCard().size();
            }
        });
    }
}

1.3 效果展示

运行展示结果如下：

代码的目录结构如下：

1.4 小结

上述的代码结构有一个明显缺点，就是打包出来的 apk 包含了所有的 Card 以及资源。

二. 代码结构改造

我们需要将国内和国外的代码和资源进行隔离，拆分到两个 module 中，采用多渠道打包的方式，分别打包进国内和国外版本两个版本的 Apk。

2.1 创建公共业务 module

创建一个业务层 module，名为 BusinessLayer，将公共相关业务的代码迁移到此 module 下，也就是 ICard、ACard、BCard、CardRegister 还有 Activity，并重新创建一个新的 CardManager，只将 ACard 和 BCard 进行注册：

public class CardManager {

    public static void init() {
        registerCard(new ACard());
        registerCard(new BCard());
    }

    public static void registerCard(ICard card) {
        CardRegister.getInstance().register(card);
    }

    public static List<ICard> getAllCard() {
        return CardRegister.getInstance().getCardList();
    }
}

另外需要在 LayerApplication 中调用 CardManager.init() 方法。

BusinessLayer 的代码结构如下：

2.2 创建渠道业务 module

分别为国内业务和海外业务创建 module，分别命名为 BusinessCN、BusinessExp，两个 module 都需要在 build.gradle 里依赖 BusinessLayer 这个公共 module，

// build.gradle
dependencies {
    // ... ...
    implementation project(path: ':businesslayer')
}

将相关业务代码迁移到各自 module 下，同样也需要分别在两个 module 创建新的 CardManager 进行 Card 的注册和在 Application 调用 CardManager.init()

// module BusinessCN
public class CnCardManager {

    public static void init() {
        CardManager.registerCard(new CNACard());
        CardManager.registerCard(new CNBCard());
    }
}

// module BusinessExp
public class ExpCardManager {

    public static void init() {
        CardManager.registerCard(new ExpACard());
        CardManager.registerCard(new ExpBCard());
    }
}

这里关于 Application 需要说明下，因为这里使用了多个 Application 会在编译的时候导致冲突，需要特别处理下，以 BusinessCn 为例说明：
BusinessLayer 中注册的 LayerApplication 和 BusinessCn 中注册的 CnApplication 发生冲突，需要在 BusinessCn 的 AndroidManifest.xml 中使用 tools:replace 声明使用 CnApplication 替代 LayerApplication。

<manifest xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    xmlns:tools="http://schemas.android.com/tools"
    package="com.wbh.decoupling.businesscn" >

    <application
        android:name=".CnApplication"
        tools:replace="android:name">
    </application>

</manifest>

因为 LayerApplication 被替换了，所以 CnApplication 和 ExpApplication 都需要继承 LayerApplication，这样才能保证 LayerApplication 中的代码会执行。

两个 module 的代码结构如下:

2.3 调整主项目

在主项目中，src 中的代码全部都迁移到各自对应的 module 里了，所以 src 中是没有代码的，但是在 build.gradle 里，我们通过渠道打包的方式，针对国内和国外两种情况各自打出不同的 apk 包，build.gradle 的配置如下：

android {
    // ... ...
    flavorDimensions 'test'
    productFlavors {
        cn {}
        exp {}
    }
}

dependencies {
    // ... ...
    cnImplementation project(path: ':businesscn')
    expImplementation project(path: ':businessexp')
}

通过 gradlew assembleCnRelease 和 gradlew assembleExpRelease 就能打包出不同的 apk 包，且不会出现 cn 的 apk 包中有 exp 的 Card 代码或者 exp 的 apk 包中有 cn 的 Card 代码。

2.4 小结

小结下上述重构后的代码结构。

module BusinessLayer 中包含了公共的所有业务代码;
modlue BusinessCn 中只包含国内的业务代码，并且依赖 BusinessLayer;
module BusinessExp 中只包含国外的业务代码，并且依赖 BusinessLayer;
主项目 app 中，通过渠道打包的方式，cn 渠道依赖 BusinessCn, exp 渠道依赖 BussinessExp。

到这里，其实代码已经做了很好的隔离，但这毕竟只是 Demo，场景比较简单，而实际工作中的业务场景往往比 Demo 会复杂得多。

三. APT 进一步代码结构改造

仔细观察每个 module, 都有一个 XXCardManager 类，都有一个 init() 方法，方法中都是 CardManager.registerCard(...)的形式来注册每一个 Card。从这个角度来改造，我们使用 APT + javapoet 的方式来自动生成这些代码。

3.1 明确生成的代码内容

我们先整理下思路，明确好要生成的代码是怎样的：

为了方便后续的管理（看到后面的内容就明白了），对于生成的代码，统一放在 com.wbh.decoupling.generate 包下；
多个 module，所以会生成多个 CardManager，所以需要在类名后加个后缀以作区分；

// com.wbh.decoupling.generate

public class CardManager_??? {

    public static void init() {
        CardManager.registerCard(new ???Card());
        CardManager.registerCard(new ???Card());
    }
}

3.2 APT 的引入

3.2.1 创建注解 module

创建一个 java module，名为 annotation，用来存放注解相关的代码。
创建一个 Register 注解：

@Retention(RetentionPolicy.SOURCE)
@Target(ElementType.TYPE)
public @interface Register {
}

3.2.2 创建注解处理器 module

创建一个 Java module，名为 compile，用来存放注解处理相关代码。

build.gradle 中引入以下三个依赖

dependencies {
    implementation project(path: ":annotation")
    implementation 'com.google.auto.service:auto-service:1.0-rc3'
    annotationProcessor 'com.google.auto.service:auto-service:1.0-rc4'
    implementation 'com.squareup:javapoet:1.8.0'
}

auto-service 是为了更方便的注册 processor
javapoet 是为了更方便的生成代码

创建注解处理器，并且注册该处理器

@AutoService(Processor.class)
public class RegisterProcessor extends AbstractProcessor{

    private Map<String, TypeElement> mMap = new HashMap<>();
    private ProcessingEnvironment mProcessingEnvironment;

    @Override
    public synchronized void init(ProcessingEnvironment processingEnvironment) {
        super.init(processingEnvironment);
        mProcessingEnvironment = processingEnvironment;
    }

    @Override
    public SourceVersion getSupportedSourceVersion() {
        return SourceVersion.latestSupported();
    }

    @Override
    public Set<String> getSupportedAnnotationTypes() {
        return Collections.singleton(Register.class.getCanonicalName());
    }

    @Override
    public boolean process(Set<? extends TypeElement> set, RoundEnvironment roundEnvironment) {
        for (Element element : roundEnvironment.getElementsAnnotatedWith(Register.class)) {
            processElement(element);
        }

        if (roundEnvironment.processingOver()) {
            generateCode();
        }
        return true;
    }

    private void processElement(Element element) {
        TypeElement typeElement = (TypeElement) element;
        String qualifiedName = typeElement.getQualifiedName().toString();
        if (mMap.get(qualifiedName) == null) {
            mMap.put(qualifiedName, typeElement);
        }
    }

    private void generateCode() {
        if (mMap.isEmpty()) return;

        Set<TypeElement> set = new HashSet<>();
        set.addAll(mMap.values());

        GenerateClassHelper helper = new GenerateClassHelper(mProcessingEnvironment, set);
        helper.generateCode();
    }

}

使用 @AutoService 的方式来自动注册此处理器，会在 build/classes/java/main 下生成 META-INF/services/javax.annotation.processing.Processor 文件：

打开此文件内容如下:
```
com.wbh.decoupling.compile.RegisterProcessor
```
如果不使用注解方式注册，就需要自己手动实现 META-INF/services/javax.annotation.processing.Processor 内容。
process() 方法中收集所有被 Register 注解的 Element，然后通过 GenerateClassHelper 类来生成代码。因为 process() 方法会执行多次，所以使用 roundEnvironment.processingOver() 判断只有在最后的时候再去生成代码。

我们来实现 GenerateClassHelper 的代码：

public class GenerateClassHelper {

    private static final String PACKAGE_NAME = "com.wbh.decoupling.generate";
    private static final String CLASS_NAME_PREFIX = "CardManager_";
    private static final String METHOD_NAME = "init";
    private static final ClassName CARD_MANAGER = ClassName.get("com.wbh.decoupling.businesslayer.card", "CardManager");

    private Filer mFiler;
    private Elements mElementUtils;

    private Set<TypeElement> mElementSet;

    public GenerateClassHelper(ProcessingEnvironment processingEnvironment, Set<TypeElement> set) {
        mFiler = processingEnvironment.getFiler();
        mElementUtils = processingEnvironment.getElementUtils();
        mElementSet = set;
    }


    public void generateCode() {
        try {
            JavaFile javaFile = JavaFile.builder(PACKAGE_NAME, getGenTypeSpec()).build();
            javaFile.writeTo(mFiler);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    private TypeSpec getGenTypeSpec() {
        return TypeSpec.classBuilder(getClassName())
                .addModifiers(Modifier.PUBLIC)
                .addMethod(getGenInitMethodSpec())
                .build();
    }

    private String getClassName() {
        for (TypeElement element : mElementSet) {
            // 姑且用获取到的第一个类的md5来做生成的类名的后缀，实际是不合理，可能会有问题
            return CLASS_NAME_PREFIX + EncryptHelper.md5String(mElementUtils.getPackageOf(element).getQualifiedName().toString());
        }
        return "";
    }

    private MethodSpec getGenInitMethodSpec() {
        String format = "$T.registerCard(new $T())";
        CodeBlock.Builder builder = CodeBlock.builder();
        for (TypeElement typeElement : mElementSet) {
            ClassName className = ClassName.get(typeElement);
            builder.addStatement(format, CARD_MANAGER, className);
        }

        CodeBlock codeBlock = builder.build();
        return MethodSpec.methodBuilder(METHOD_NAME)
                .addModifiers(Modifier.PUBLIC)
                .addModifiers(Modifier.STATIC)
                .addCode(codeBlock)
                .build();
    }

}

GenerateClassHelper 使用 JavaPoet 库来生成代码，JavaFile、TypeSpec、MethodSpec、CodeBlock 等，都是 JavaPoet 的，代码里按照我们想要生成的 CardManager_??? 类来编写。

3.2.3 业务中使用自定义注解和解析器

在 BusinessLayer、BusinessCn、BusinessExp 中的各个 build.gradle 中都依赖 annotation 和 compile 两个 module

dependencies {
    implementation project(path: ':annotation')
    annotationProcessor project(path: ':compile')
}

然后对需要注册的 Card 类加上 @Register 的注解，比如：

@Register
public class ACard implements ICard {
}

最后我们运行下代码，就能自动生成 CardManager 相关的代码，它在 build/generated/source/apt 目录下。

我们来看下 BusinessLayer 的目录：

打开 CardManager_becf3fc7606c9b461025f1def7ff27ac 文件：

package com.wbh.decoupling.generate;

import com.wbh.decoupling.businesslayer.card.ACard;
import com.wbh.decoupling.businesslayer.card.BCard;
import com.wbh.decoupling.businesslayer.card.CardRegister;

public class CardManager_becf3fc7606c9b461025f1def7ff27ac {
  public static void init() {
    CardManager.registerCard(new ACard());
    CardManager.registerCard(new BCard());
  }
}

其他 module 中也会生成类似的此文件，这里就不一一展示了。

既然 CardManager 已经是通过 APT 自动生成了，那么我们手写的各个 module 中的 CardManager 类就可以删掉了。

3.3 调用注解生成的各个类文件

那么问题来了，CardManager_??? 这几个文件自动生成后，该怎么调用呢？我们不知道现在以及未来可能有多少个 module，也不知道这些 CardManager_??? 的具体名字。

一个简单粗暴的方法，就是遍历 dex 文件的方式。

这种方式主要是通过遍历 dex 文件中所有以com.wbh.decoupling.generate开头的类，这个也是之前说到要将所有生成的类都放在这个包下的原因，然后反射的方式来调用这些类的 init() 方法。

在 BusinessLayer 里创建 CrossCompileUtils 类来完成这些操作，然后在 Application 中调用 CrossCompileUtils.init() 方法执行此过程，看下代码的实现：

public class CrossCompileUtils {

    private static final String GENERATE_CODE_PACKAGE_NAME = "com.wbh.decoupling.generate";
    private static final String METHOD_NAME = "init";

    public static void init(Context context) {
        try {
            List<String> targetClassList = getTargetClassList(context, GENERATE_CODE_PACKAGE_NAME);
            for (String className : targetClassList) {
                Class<?> cls = Class.forName(className);
                Method method = cls.getMethod(METHOD_NAME);
                method.invoke(null);
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    // 获取以 target 为开头的所有类
    private static List<String> getTargetClassList(Context context, String target) {
        List<String> classList = new ArrayList<>();

        try {
            ApplicationInfo info = context.getPackageManager().getApplicationInfo(context.getPackageName(), 0);
            String path = info.sourceDir;
            DexFile dexFile = new DexFile(path);

            Enumeration<String> entries = dexFile.entries();
            while (entries.hasMoreElements()) {
                String name = entries.nextElement();
                if (name.startsWith(target)) {
                    classList.add(name);
                }
            }

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

        return classList;
    }
}

这种方式有个很明显的缺陷，就是整个过程是在运行时进行的，当代码量越多，此过程越耗时，对冷启动会有很明显的影响。

四. 字节码插桩改造优化

这种方式主要通过在编译期插入相应字节码的方式，将耗时放在编译期以优化运行时效率。

4.1 明确插桩的代码

我们先整理接下来的主要任务，在编译期生成类AsmCrossCompileUtils，这个类的有个 init() 方法，这个方法会调用所有 CardManager_XXX.init():

package com.wbh.decoupling.generate;

public class AsmCrossCompileUtils {

    public static void init() {
        CardManager_becf3fc7606c9b461025f1def7ff27ac.init();
        CardManager_dc2db21188334cfca97494d99700395.init();
    }
}

假定以上的类已经生成了，那么 CrossCompileUtils 可以改为：

public class CrossCompileUtils {
    public static void init(Context context) {
        initByAsm();
    }

    private static void initByAsm() {
        try {
            Class cls = Class.forName("com.wbh.decoupling.generate.AsmCrossCompileUtils");
            Method method = cls.getMethod(METHOD_NAME);
            method.invoke(null);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

这种方式只需要通过一次反射，相比遍历 dex 的方式，性能就好很多了。

这种方式有两个关键点：一个是如何获取注解生成的各个类，一个是如何生成 AsmCrossCompileUtils 类。

4.2 自定义 gradle plugin

我们创建一个 module（哪一种类型都可以），姑且命名为 WPlugin 作为插件名字，然后将 src 目录下的所有文件都删除，只保留 main 目录，main 目录下的文件也全部删除，然后在 main 目录下创建 groovy 目录（这是因为 gradle 的语法是 groovy），我们编写的插件代码就在这目录下。

接下来我们需要配置下 build.gradle，将原本的 build.gradle 内容都删除，配置如下：

apply plugin: 'groovy'  // 因为plugin是由groovy语法编写，所以需要应用此插件

dependencies {
    implementation fileTree(dir: 'libs', include: ['*.jar'])
    implementation gradleApi() // 自定义插件中需要用到 gradle 的各种 api
}

sourceCompatibility = "1.7"
targetCompatibility = "1.7"

group = 'com.wbh.decoupling.plugin'  // 自定义插件的组别
version = '1.0.0'  // 自定义插件的版本号

然后我们在 groovy 目录下创建一个 groovy 文件，命名为 WPlugin：

import org.gradle.api.Plugin
import org.gradle.api.Project

class WPlugin implements Plugin<Project> {

    @Override
    void apply(Project project) {
        println('this is my WPlugin')
    }
}

插件代码执行的入口就是这里的 apply() 方法，不过我们还得需要注册这个插件。在 main 目录下创建 resources 目录，在该目录下创建 META-INF.gradle-plugins 目录，然后在该目录下创建 xxx.properties 文件，这里的 xxx 表示当我们在其他项目应用此插件时的名字 apply plugin: 'xxx'，我们还是将之命名为 WPlugin，在这个文件里编写内容如下：

implementation-class=WPlugin

implementation-class 用来配置插件入口类的，这里也就是配置我们自定义的 WPlugin 类。

至此整个自定义插件的结构已经完成了，在看下这个目录结构如下：

4.3 发布 plugin

在使用自定义的插件前，得先发布这个插件。

这里我们将插件发布到本地目录下，在根目录下创建 maven 目录，用来存放我们发布的插件，然后在 build.gradle 配置如下：

apply plugin: 'maven'

uploadArchives {
    repositories {
        mavenDeployer {
            repository(url: uri('../maven'))  // 指定发布到的目录
        }
    }
}

然后点击以下 uploadArchives ，运行发布插件。

接下来我们就能在 maven 目录下看到我们发布的插件了。

4.4 使用自定义的 plugin

在 app 这个 module 中使用自定义的插件 WPlugin，在 build.gradle 中配置如下：

apply plugin: WPlugin

buildscript {
    repositories {
        maven {
            url uri('../maven')
        }
    }
    dependencies {
        classpath 'com.wbh.decoupling.plugin:WPlugin:1.0.0'
    }
}

然后 Sync Gradle，我们就能在 Build 窗口中看到 WPlugin 打印的内容。
屏幕快照 2019-09-15 下午10.38.13.png 至此，我们说完了如何自定义、发布以及使用 gradle 插件。

接下来我们该完善下这个 WPlugin 的内容。

4.5 自定义 Transform

编写 Transform，需要使用到 gradle 的 API，所以我们需要在 build.gradle 添加如下的依赖：

implementation'com.android.tools.build:gradle-api:3.4.2'

注意：由于 gradle 插件使用了上述依赖，所以在使用该插件的项目的build.grdle里需要配置如下：

buildscript {
    repositories {
        google()
        jcenter()
    }
    dependencies {
        classpath 'com.android.tools.build:gradle:3.4.2'
    }
}

接着创建一个类继承 Transform ：

class WTransform extends Transform {

    @Override
    String getName() {
        return null
    }

    @Override
    Set<QualifiedContent.ContentType> getInputTypes() {
        return null
    }

    @Override
    Set<? super QualifiedContent.Scope> getScopes() {
        return null
    }

    @Override
    boolean isIncremental() {
        return false
    }
    
    @Override
    void transform(TransformInvocation transformInvocation) throws TransformException, InterruptedException, IOException {
        super.transform(transformInvocation)
    }
}

getName(): 返回自定义的 Transform 名字
geInputTypes(): 指定 Transform 要处理的输入类型，主要有 QualifiedContent.DefaultContentType.CLASSES 和 QualifiedContent.DefaultContentType.RESOURCES 两种类型，对应为 .class 文件和 java 资源文件
getScopes():指定输入文件的所属的范围。

public interface QualifiedContent {
    enum Scope implements ScopeType {
        /** Only the project (module) content */
        PROJECT(0x01),
        /** Only the sub-projects (other modules) */
        SUB_PROJECTS(0x04),
        /** Only the external libraries */
        EXTERNAL_LIBRARIES(0x10),
        /** Code that is being tested by the current variant, including dependencies */
        TESTED_CODE(0x20),
        /** Local or remote dependencies that are provided-only */
        PROVIDED_ONLY(0x40),
    }
}

isIncremental():当前是支持增量编译
transform():执行转化的方法，通过参数 transformInvocation 可以获取到该节点的输入和输出:

Collection<TransformInput> inputs = transformInvocation.getInputs()
TransformOutputProvider outputProvider = transformInvocation.getOutputProvider()

TransformInput 分为两类，一类是 Jarinput,TransformInput#getJarInputs()，一类是 DirectoryInput,TransformInput#getDirectoryInputs()。而 TransformOutputProvider 指向了文件/目录输出路径。

4.6 注册 Transform

要使我们自定义的 Transform 生效参与到编译过程中，还需要注册 WTransform，注册过程很简单，只要在 Plugin 中注册即可。

class WPlugin implements Plugin<Project> {

    @Override
    void apply(Project project) {
        println('this is my WPlugin')
        def andr = project.extensions.getByName('android')
        andr.registerTransform(new WTransform())
    }
}

4.7 完善 Transform

import com.android.build.api.transform.DirectoryInput
import com.android.build.api.transform.JarInput
import com.android.build.api.transform.QualifiedContent
import com.android.build.api.transform.Transform
import com.android.build.api.transform.TransformException
import com.android.build.api.transform.TransformInput
import com.android.build.api.transform.TransformInvocation
import com.android.build.api.transform.TransformOutputProvider
import com.android.build.api.transform.Format
import com.android.utils.FileUtils

class WTransform extends Transform {

    @Override
    String getName() {
        return 'WTransform'
    }

    @Override
    Set<QualifiedContent.ContentType> getInputTypes() {
        return Collections.singleton(QualifiedContent.DefaultContentType.CLASSES)
    }

    @Override
    Set<? super QualifiedContent.Scope> getScopes() {
        Set<? super QualifiedContent.Scope> set = new HashSet<>()
        set.add(QualifiedContent.Scope.PROJECT)
        set.add(QualifiedContent.Scope.SUB_PROJECTS)
        return set
    }

    @Override
    boolean isIncremental() {
        return false
    }

    @Override
    void transform(TransformInvocation transformInvocation) throws TransformException, InterruptedException, IOException {
        super.transform(transformInvocation)
        Collection<TransformInput> inputs = transformInvocation.getInputs()
        TransformOutputProvider outputProvider = transformInvocation.getOutputProvider()
        inputs.each {
            it.getJarInputs().each { jarInput ->
                transformJar(jarInput, outputProvider)
            }

            it.getDirectoryInputs().each { dirInput ->
                transformDir(dirInput, outputProvider)
            }
        }
    }

    private static void transformJar(JarInput jarInput, TransformOutputProvider outputProvider) {
        File dstFile = outputProvider.getContentLocation(
                jarInput.getName(),
                jarInput.getContentTypes(),
                jarInput.getScopes(),
                Format.JAR)
        FileUtils.copyFile(jarInput.getFile(), dstFile)
        println('jarInputFile ==> ' + jarInput.file.absolutePath)
        println('dstFile ==> ' + dstFile.absolutePath)
    }

    private static void transformDir(DirectoryInput dirInput, TransformOutputProvider outputProvider) {
        File dstDir = outputProvider.getContentLocation(
                dirInput.getName(),
                dirInput.getContentTypes(),
                dirInput.getScopes(),
                Format.DIRECTORY)
        FileUtils.copyDirectory(dirInput.getFile(), dstDir)
        println('directory input ==> ' + dirInput.file.absolutePath)
        println('dstDir ==> ' + dstDir.absolutePath)
    }
}

transform() 方法做的事很简单，就是获取所有的输入文件/目录，然后拷贝到输出路径。

我们重新 uploadArchives 这个插件，然后 clear project，在重新构建项目，就能在 build 窗口看到我们打印的输出：

根据打印的输入，我们能在相应的目录下找到 WTransform 生成的文件：
屏幕快照 2019-09-15 下午11.26.40.png

由于每次编译所有文件/目录都会重新复制一次，所以加上支持增量编译：

class WTransform extends Transform {

    @Override
    boolean isIncremental() {
        return true
    }

    @Override
    void transform(TransformInvocation transformInvocation) throws TransformException, InterruptedException, IOException {
        super.transform(transformInvocation)
        boolean isIncremental = transformInvocation.isIncremental()
        println('isIncremental ==> ' + isIncremental)
        Collection<TransformInput> inputs = transformInvocation.getInputs()
        TransformOutputProvider outputProvider = transformInvocation.getOutputProvider()
        if (!isIncremental) {
            outputProvider.deleteAll()
        }
        inputs.each {
            it.getJarInputs().each { jarInput ->
                transformJar(jarInput, outputProvider, isIncremental)
            }

            it.getDirectoryInputs().each { dirInput ->
                transformDir(dirInput, outputProvider, isIncremental)
            }
        }
    }

    private static void transformJar(JarInput jarInput, TransformOutputProvider outputProvider, boolean isIncremental) {
        File dstFile = outputProvider.getContentLocation(
                jarInput.getName(),
                jarInput.getContentTypes(),
                jarInput.getScopes(),
                Format.JAR)
        println('jar input ==> ' + jarInput.file.absolutePath)
        println('dstFile ==> ' + dstFile.getAbsolutePath())

        if (!isIncremental) {
            FileUtils.copyFile(jarInput.file, dstFile)
            return
        }

        Status status = jarInput.status
        switch (status) {
            case Status.NOTCHANGED:
                break
            case Status.ADDED:
            case Status.CHANGED:
                FileUtils.deleteIfExists(dstFile)
                FileUtils.copyFile(jarInput.file, dstFile)
                break
            case Status.REMOVED:
                FileUtils.deleteIfExists(dstFile)
                break
        }
    }

    private static void transformDir(DirectoryInput dirInput, TransformOutputProvider outputProvider, boolean isIncremental) {
        File dstDir = outputProvider.getContentLocation(
                dirInput.getName(),
                dirInput.getContentTypes(),
                dirInput.getScopes(),
                Format.DIRECTORY)
        println('directory input ==> ' + dirInput.file.absolutePath)
        println('dstDir ==> ' + dstDir.absolutePath)

        if (!isIncremental) {
            FileUtils.copyDirectory(dirInput.getFile(), dstDir)
            return
        }

        String srcDirPath = dirInput.getFile().getAbsolutePath()
        String dstDirPath = dstDir.getAbsolutePath()

        Map<File, Status> fileStatusMap = dirInput.getChangedFiles()
        fileStatusMap.entrySet().each { Map.Entry<File, Status> changedFileMapEntry ->

            Status status = changedFileMapEntry.getValue()
            File inputFile = changedFileMapEntry.getKey()
            println('change file: ' + inputFile.getAbsolutePath() + ", status: " + status)
            String dstFilePath = inputFile.getAbsolutePath().replace(srcDirPath, dstDirPath)
            File dstFile = new File(dstFilePath)

            switch (status) {
                case Status.NOTCHANGED:
                    break
                case Status.REMOVED:
                    FileUtils.deleteIfExists(dstFile)
                    break
                case Status.ADDED:
                case Status.CHANGED:
                    FileUtils.deleteIfExists(dstFile)
                    FileUtils.copyFile(inputFile, dstFile)
                    break
            }
        }
    }
}

增量编译的文件都有个状态 Status，根据文件的状态做相应不同对应操作即可。

Status.NOTCHANGED：该文件没有变动，所以不需要重新复制一份
Status.REMOVED：该文件被删除，所以对应输出文件也要删除
Status.ADDED：该文件为新加的，所以需要复制一份到输出路径
Status.CHANGED：该文件被修改，所以需要重新复制一份到输出路径

修改完后，我们测试下效果，在执行一次完整编译后，创建一个Test.java 类，再执行一次编译，能看到以下打印结果：

> Task :app:transformClassesWithWTransformForExpDebug
isIncremental ==> true
jar input ==> /Users/wubohua/work/project/Android/Application_decoupling2/annotation/build/libs/annotation.jar
dstFile ==> /Users/wubohua/work/project/Android/Application_decoupling2/app/build/intermediates/transforms/WTransform/exp/debug/2.jar
jar input ==> /Users/wubohua/work/project/Android/Application_decoupling2/businessexp/build/intermediates/runtime_library_classes/debug/classes.jar
dstFile ==> /Users/wubohua/work/project/Android/Application_decoupling2/app/build/intermediates/transforms/WTransform/exp/debug/0.jar
jar input ==> /Users/wubohua/work/project/Android/Application_decoupling2/businesslayer/build/intermediates/runtime_library_classes/debug/classes.jar
dstFile ==> /Users/wubohua/work/project/Android/Application_decoupling2/app/build/intermediates/transforms/WTransform/exp/debug/1.jar
directory input ==> /Users/wubohua/work/project/Android/Application_decoupling2/app/build/intermediates/javac/expDebug/compileExpDebugJavaWithJavac/classes
dstDir ==> /Users/wubohua/work/project/Android/Application_decoupling2/app/build/intermediates/transforms/WTransform/exp/debug/3
change file: /Users/wubohua/work/project/Android/Application_decoupling2/app/build/intermediates/javac/expDebug/compileExpDebugJavaWithJavac/classes/com/wbh/decoupling/Test.class, status: ADDED

修改Test.java的代码，比如添加个方法后，再执行编译，能看到如下打印：

> Task :app:transformClassesWithWTransformForExpDebug
isIncremental ==> true
jar input ==> /Users/wubohua/work/project/Android/Application_decoupling2/annotation/build/libs/annotation.jar
dstFile ==> /Users/wubohua/work/project/Android/Application_decoupling2/app/build/intermediates/transforms/WTransform/exp/debug/2.jar
jar input ==> /Users/wubohua/work/project/Android/Application_decoupling2/businessexp/build/intermediates/runtime_library_classes/debug/classes.jar
dstFile ==> /Users/wubohua/work/project/Android/Application_decoupling2/app/build/intermediates/transforms/WTransform/exp/debug/0.jar
jar input ==> /Users/wubohua/work/project/Android/Application_decoupling2/businesslayer/build/intermediates/runtime_library_classes/debug/classes.jar
dstFile ==> /Users/wubohua/work/project/Android/Application_decoupling2/app/build/intermediates/transforms/WTransform/exp/debug/1.jar
directory input ==> /Users/wubohua/work/project/Android/Application_decoupling2/app/build/intermediates/javac/expDebug/compileExpDebugJavaWithJavac/classes
dstDir ==> /Users/wubohua/work/project/Android/Application_decoupling2/app/build/intermediates/transforms/WTransform/exp/debug/3
change file: /Users/wubohua/work/project/Android/Application_decoupling2/app/build/intermediates/javac/expDebug/compileExpDebugJavaWithJavac/classes/com/wbh/decoupling/Test.class, status: CHANGED

将Test.java 文件删除后，再执行编译，打印结果如下：

> Task :app:transformClassesWithWTransformForExpDebug
isIncremental ==> true
jar input ==> /Users/wubohua/work/project/Android/Application_decoupling2/annotation/build/libs/annotation.jar
dstFile ==> /Users/wubohua/work/project/Android/Application_decoupling2/app/build/intermediates/transforms/WTransform/exp/debug/2.jar
jar input ==> /Users/wubohua/work/project/Android/Application_decoupling2/businessexp/build/intermediates/runtime_library_classes/debug/classes.jar
dstFile ==> /Users/wubohua/work/project/Android/Application_decoupling2/app/build/intermediates/transforms/WTransform/exp/debug/0.jar
jar input ==> /Users/wubohua/work/project/Android/Application_decoupling2/businesslayer/build/intermediates/runtime_library_classes/debug/classes.jar
dstFile ==> /Users/wubohua/work/project/Android/Application_decoupling2/app/build/intermediates/transforms/WTransform/exp/debug/1.jar
directory input ==> /Users/wubohua/work/project/Android/Application_decoupling2/app/build/intermediates/javac/expDebug/compileExpDebugJavaWithJavac/classes
dstDir ==> /Users/wubohua/work/project/Android/Application_decoupling2/app/build/intermediates/transforms/WTransform/exp/debug/3
change file: /Users/wubohua/work/project/Android/Application_decoupling2/app/build/intermediates/javac/expDebug/compileExpDebugJavaWithJavac/classes/com/wbh/decoupling/Test.class, status: REMOVED

至此，讲完了 Transform 的基本用法，而且 WTransform 现在实现的逻辑只是拷贝输入的代码到输出。

4.8 获取注解生成的类

在遍历 jar 文件的时候，同时遍历获取其中以 com.wbh.decoupling.generate 为开头的所有类并收集起来：

private static final String TARGET = 'com/wbh/decoupling/generate/'
private static List<String> sTargetList = new ArrayList<>()

private static void transformJar(JarInput jarInput, TransformOutputProvider outputProvider, boolean isIncremental) {
    File dstFile = outputProvider.getContentLocation(
            jarInput.getName(),
            jarInput.getContentTypes(),
            jarInput.getScopes(),
            Format.JAR)

    JarFile jarFile = new JarFile(jarInput.file)
    println(jarFile.name)
    jarFile.entries().each {
        if (it.name.contains(TARGET)) {
            sTargetList.add(it.name)
        }
    }
    // ... ...
}

在收集到注解生成的类文件后，然后通过生成固定的class文件，在这个类文件里去调用这几个注解生成的类文件：

// com.wbh.decoupling.generate

public class AsmCrossCompileUtils {

    public static void init() {
        CardManager_becf3fc7606c9b461025f1def7ff27ac.init();
        CardManager_dc2db21188334cfca97494d99700395.init();
    }
}

接下来的主要任务就是生成这个类文件。

4.9 ASM 的引入

ASM 是一个 Java 字节码操控框架，我们通过这个框架来生成字节码文件，使用这个框架需要对字节码规范有一定的了解，这里不做详解。

为了方便，这里需要用到一个studio插件ASM Bytecode Outline，这个插件可以用来查看一个类文件编译后的字节码文件，以及生成这个字节码文件的 ASM 代码，安装过程略。

我们先自己编写AsmCrossCompileUtils.java这个类，然后右键选择Show Bytecode outline 屏幕快照 2019-10-04 上午12.27.36.jpg

然后会对这个文件自动编译生成字节码文件：

我们将生成的 ASM 代码复制到 WPlugin 里，同时还需要引入依赖 implementation 'org.ow2.asm:asm:6.0'

import java.util.*;

import org.objectweb.asm.*;

public class AsmCrossCompileUtilsDump implements Opcodes {

    public static byte[] dump() throws Exception {

        ClassWriter cw = new ClassWriter(0);
        FieldVisitor fv;
        MethodVisitor mv;
        AnnotationVisitor av0;

        cw.visit(V1_7, ACC_PUBLIC + ACC_SUPER, "com/wbh/decoupling/generate/AsmCrossCompileUtils", null, "java/lang/Object", null);

        cw.visitSource("AsmCrossCompileUtils.java", null);

        {
            mv = cw.visitMethod(ACC_PUBLIC, "<init>", "()V", null, null);
            mv.visitCode();
            Label l0 = new Label();
            mv.visitLabel(l0);
            mv.visitLineNumber(3, l0);
            mv.visitVarInsn(ALOAD, 0);
            mv.visitMethodInsn(INVOKESPECIAL, "java/lang/Object", "<init>", "()V", false);
            mv.visitInsn(RETURN);
            Label l1 = new Label();
            mv.visitLabel(l1);
            mv.visitLocalVariable("this", "Lcom/wbh/decoupling/generate/AsmCrossCompileUtils;", null, l0, l1, 0);
            mv.visitMaxs(1, 1);
            mv.visitEnd();
        }
        {
            mv = cw.visitMethod(ACC_PUBLIC + ACC_STATIC, "init", "()V", null, null);
            mv.visitCode();
            Label l0 = new Label();
            mv.visitLabel(l0);
            mv.visitLineNumber(6, l0);
            mv.visitMethodInsn(INVOKESTATIC, "com/wbh/decoupling/generate/CardManager_becf3fc7606c9b461025f1def7ff27ac", "init", "()V", false);
            Label l1 = new Label();
            mv.visitLabel(l1);
            mv.visitLineNumber(7, l1);
            mv.visitMethodInsn(INVOKESTATIC, "com/wbh/decoupling/generate/CardManager_dc2db21188334cfca97494d99700395", "init", "()V", false);
            Label l2 = new Label();
            mv.visitLabel(l2);
            mv.visitLineNumber(8, l2);
            mv.visitInsn(RETURN);
            mv.visitMaxs(0, 0);
            mv.visitEnd();
        }
        cw.visitEnd();

        return cw.toByteArray();
    }
}

分析下这份 ASM 代码，dump() 方法里的第一块代码块是在生成目标类 AsmCrossCompileUtils 的构造器字节码，第二块代码块是在生成 init() 方法，我们整理下这份代码：

class AsmCrossCompileUtilsDump implements Opcodes {

    private static final String CLASS_PATH = 'com/wbh/decoupling/generate/'
    private static final String CLASS_SIMPLE_NAME = 'AsmCrossCompileUtils'
    private static final String CLASS_FULL_NAME = CLASS_PATH + CLASS_SIMPLE_NAME
    private static final String JAVA_FILE_NAME = CLASS_SIMPLE_NAME + '.java'
    private static final String CLASS_FILE_NAME = CLASS_SIMPLE_NAME + '.class'

    static void injectClass(TransformOutputProvider outputProvider, List<String> list) {
        File dstFile = outputProvider.getContentLocation(
                CLASS_SIMPLE_NAME,
                Collections.singleton(QualifiedContent.DefaultContentType.CLASSES),
                Collections.singleton(QualifiedContent.Scope.PROJECT),
                Format.DIRECTORY)
        byte[] bytes = dump(list)
        File file = new File(dstFile.absolutePath + File.separator + CLASS_PATH)
        file.mkdirs()

        FileOutputStream fos = new FileOutputStream(new File(file, CLASS_FILE_NAME))
        fos.write(bytes)
    }
    
    // ASM 框架生成类 AsmCrossCompileUtils 的字节码
    private static byte[] dump(List<String> list) throws Exception {

        ClassWriter cw = new ClassWriter(0)
        cw.visit(V1_7, ACC_PUBLIC + ACC_SUPER, CLASS_FULL_NAME, null, "java/lang/Object", null)
        cw.visitSource(JAVA_FILE_NAME, null)
        visitConstructionMethod(cw)
        visitInitMethod(cw, list)
        cw.visitEnd()

        return cw.toByteArray()
    }

    // 生成构造器代码
    private static void visitConstructionMethod(ClassWriter cw) {
        MethodVisitor mv = cw.visitMethod(ACC_PUBLIC, "<init>", "()V", null, null)
        mv.visitCode()
        Label l0 = new Label()
        mv.visitLabel(l0)
        mv.visitLineNumber(3, l0)
        mv.visitVarInsn(ALOAD, 0)
        mv.visitMethodInsn(INVOKESPECIAL, "java/lang/Object", "<init>", "()V", false)
        mv.visitInsn(RETURN)
        Label l1 = new Label()
        mv.visitLabel(l1)
        mv.visitLocalVariable("this", "Lcom/wbh/decoupling/generate/AsmCrossCompileUtils;", null, l0, l1, 0)
        mv.visitMaxs(1, 1)
        mv.visitEnd()
    }
    
    // 生成 init 静态方法，并在方法中调用 @Param list 指定类的 init() 方法
    private static void visitInitMethod(ClassWriter cw, List<String> list) {
        MethodVisitor mv = cw.visitMethod(ACC_PUBLIC + ACC_STATIC, "init", "()V", null, null)
        mv.visitCode()

        int lineNumber = 6

        for (int i = 0; i < list.size(); i++) {
            String it = list.get(i)

            Label l = new Label()
            mv.visitLabel(l)
            mv.visitLineNumber(lineNumber, l)
            String owner = it.substring(0, it.indexOf('.'))
            mv.visitMethodInsn(INVOKESTATIC, owner, "init", "()V", false)
            lineNumber++
        }

        Label l = new Label()
        mv.visitLabel(l)
        mv.visitLineNumber(lineNumber, l)
        mv.visitInsn(RETURN)
        mv.visitMaxs(0, 0)
        mv.visitEnd()
    }
}

这里的逻辑会将 ASM 框架生成的字节码文件保存到 Transform 的输出目录。然后我们需要在 WTransform 代码里调用这里的逻辑：

class WTransform extends Transform {
    @Override
    void transform(TransformInvocation transformInvocation) throws TransformException, InterruptedException, IOException {
        super.transform(transformInvocation)
        sTargetList.clear()
        // ... ...
        injectClass(outputProvider)
    }
    
    private static void injectClass(TransformOutputProvider outputProvider) {
        AsmCrossCompileUtilsDump.injectClass(outputProvider, sTargetList)
    }
}

至此，Transform的所有逻辑已经写完了，然后我们自己写的 AsmCrossCompileUtils 类也需要删除，最后重新编译发布我们的插件，重新运行代码可以看到 Activity 能正常显示注册的各个 Card。

五. 总结

5.1 Demo 完整代码地址

Demo 地址

5.2 对比 APT 和 Transform

代码在编译生成 apk 过程，简单概括为 .java --> .class --> .dex

APT 的执行是在 .java 生成 .class 过程，是 java 语言就支持的。

Transform 代码的执行是在 .class 生成 .dex，是 Android 所支持的。其实 .class 生成 .dex 过程是经过了一条 Transform 链，我们所自定义的 Transform 是这条链的一个节点。我们所了解的 apk 编译过程中的混淆、语法脱糖等等，也都是这条链的一个个节点。

APT 只能用来生成新的 class 文件，而 Transform 还能在原有的 class 文件上，进行插入代码、删除代码等，功能上会比 APT 更强大。

5.3 关于字节码插桩

想要学会字节码插桩，还是需要先学习 Groovy 语法和字节码规则。虽然 Groovy 语法和 Java 很像，大体可以直接用 Java 的规则来编写，但毕竟只是像而已。然后就是字节码插桩，虽有有些 studio 插件能辅助编写，但实际业务中仍需要根据实际场景来修改，如果不懂得字节码规则，还是很难写的。