Qigsaw插件框架初探

bobby_developer
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1. Qigsaw插件框架详解

Qigsaw是爱奇艺自主研发的动态化框架，其核心优势如下：

  1. 利用Android App Bundle开发套件，极速开发体验。
  2. 支持Android App Bundle所有功能特性，"山寨"Play Core Library公开接口实现，开发者阅读官方文档即可愉快开发。
  3. 任何进程均可动态加载插件，支持Android四大组件动态加载。
  4. 如果您的应用有出海需求，可无缝切换至Android App Bundle方案。
  5. 仅一处Hook，少量私有API访问，保证框架稳定性。

Android动态化方案，在国内已蓬勃发展数年之久，其核心目的是减少应用包体积，提升应用安装率。Google在减少应用包体积上的探索也从未停息，下面我们一起来看看Google在这方面的努力。

2. Google减少应用包体积方案演进

3. Multiple APK

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上图中生成的产物，通过文件名我们可以很清楚知道该APK作用于何种配置的设备。Android设备的多样性，导致Multiple APK并未朝着Google期待的方向发展。因为您有可能为每个版本构建数百个APKs，大大降低迭代效率。国外开发者对此也并不感冒，这也成为Google的一块心病。

4. Android App Bundle

Android App Bundle是一种全新的应用上传格式(.aab)，它包含所有编译代码和资源。当您上传aab文件至Google Play后，Google Play将aab文件拆分成一系列APKs并签名。

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此外，您也可以在应用项目中添加dynamic feature模块，这些模块并不需要在应用首次安装时一起被下载安装。您可以通过使用Play Core Libray在应用运行过程中动态安装dynamic feature。dynamic feature类似国内插件化提供的能力，但dynamic feature功能更强大。

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通过上图，可以看到dynamic feature可以基于设备配置选取对应的Configuration Split APKs，如此可以进一步减小dynamic feature安装包体积。

更多关于Android App Bundle细节，请阅读官方文档，本文不再赘述。Android App Bundle之所以能够支持应用运行期间安装dynamic feature，得益于Android 5.0推出的Split APKs功能。

5. Split APKs

Split APKs是Android 5.0引入的一种全新应用安装机制，其目的是为解决APK体积日益增大问题。Split APK可以将一个完整庞大的APK按照CPU架构、屏幕密度等维度拆分成多个独立APKs。当应用APK下载更新时，依据当前设备配置选取对应配置APKs安装即可。

Android 5.0之前，一个APK代表一个应用。在Split APKs问世之后，一个应用可能对应多个APKs。所有Split APKs拥有相同包名和签名。

Android提供两种方式安装Split APKs。

  1. adb install-multiple [base-apk, split1-apk]
  2. PackageInstaller.

应用进程所使用到的ClassLoader和Resources均在LoadedAPK中创建。

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通过Android 9.0 LoadedAPK源码片段，我们一起了解下Split APKs加载过程。

5.1 ClassLoader创建

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通过createOrUpdateClassLoaderLocked方法名，可以知道该方法是用于创建和更新ClassLoader。该方法有两个核心步骤。

  1. 如果mClassLoader为空，则创建PathClassLoader实例。
  2. 如果addedPaths不为空，则更新PathClassLoader实例。

该方法指明，应用进程是可以动态加载Split APKs代码。

5.2 Resources创建

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通过getResources方法代码片段，可知Split APKs的资源路径作为mResources创建参数。

关于更多Split APKs加载原理细节，请阅读相关Android源码。

5.3 Play Core Library

文章开始介绍Qigsaw核心优势有提到，Qigsaw"山寨"Play Core Library公开接口实现，开发者阅读其官方文档即可开发。因此，在此主要介绍下Play Core Library工作流程。

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当爱奇艺App在运行过程中，用户需要使用游戏插件，会经历以下过程。

  1. 爱奇艺App通过Play Core Library发起游戏APK安装请求。
  2. 当Google Play收到请求后，首先请求游戏APK相关数据信息，请求成功后开始下载并安装游戏APK。
  3. 在请求、下载以及安装整个过程中，Google Play会将整个过程所有状态返回给爱奇艺App，包括请求结果、下载进度、安装结果等。
  4. 当安装完成以后，爱奇艺App就可以使用游戏APK。

在Android 7.0版本之前，当Split APK安装完成之后，应用无法立即使用Split APK。因此Play Core Library提供SplitCompat模式让App可立即使用Split APK。

5.4 Qigsaw开发体验

在开发阶段，开发者使用Android App Bundle原生开发套件即可开发调试Split APKs。

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Android App Bundle为dynamic feature提供全新插件com.android.dynamic-feature,它的编译产物是.apk文件。当您的项目编译完成后，Android Studio通过命令adb install-multiple命令将base apk和split apks安装至您的手机。如果您的开发手机系统版本低于5.0，则会依据当前手机设备组装成一个完整apk文件安装至该手机。

在发布阶段，Qigsaw提供打包插件让开发者享受一条龙服务，开发者不必关心dynamic feature的上传分发。

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Qigsaw打包插件支持内置dynamic feature，所有内置dynamic feature都会被拷贝至base apk的assets目录。对于非内置dynamic feature，Qigsaw打包插件会将其上传至CDN服务器，解决业务方后顾之忧。

5.5 Qigsaw原理

Qigsaw借助Android App Bundle开发套件完成dynamic feature的打包，大大降低Qigsaw开发维护成本。因此Qigsaw关心的重点落在如果安装加载dynamic feature生成apk上。第三方应用利用PackageInstaller安装split APKs体验极其不友好，且某些国产手机对split APKs功能支持不完善，所以我们最终还是按照一般插件化方式安装加载split APKs。

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依据上图，如果需要动态加载split APKs，需要解决代码、资源以及四大组件的加载。

  • Split APKs代码加载

    针对splits代码加载，Qigsaw采用单类加载器方式，即base APK和split APKs采用同一ClassLoader加载。

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在DexPathList中，为每个split创建对应的Element和NativeLibraryElement实例即可。关于单类加载器更多细节，本文不再赘述，相关原理已非常成熟。

  • Split APKs资源加载

    Splits资源加载相较于代码加载会复杂，因为不同系统版本或不同手机厂商都会存在一些兼容性问题。

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Android Gradle Plugin在资源打包时，会对res目录下资源文件分配一个唯一Id。

Id前两位PP为Package Id，代表应用类型。是系统应用、第三方应用、Instant App或Dynamic Feature等。

Id中间两位TT为Type，代表资源类型。是drawable、layout或string等。

Id后四位EE为Entry，代表该资源顺序。

所有第三方应用base APK资源Package Id均为7F，Android App Bundle对splits资源打包时会基于7F依次递减分配Package Id。因此，即使我们将split APKs资源添加到当前应用Resources实例中，也不会出现资源冲突问题，splits访问base资源也更加方便。 Instant Apps资源打包是基于7F依次递增。

通过Android App Bundle解决splits资源打包问题，那么splits资源如何加载呢？我们来看一段代码。

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Qigsaw提供loadResources方法加载split APKs资源。为避免开发者写大量模板代码，Qigsaw打包插件采用字节码操作方式自动写入该方法。

  • Split APKs四大组件加载

    Android App Bundle在Manifest文件合并过程中，会将split APKs manifest文件内容合并至base APK中。因此，所有split APKs四大组件信息都是已经声明在base APK中。Android App Bundle这种处理方式不支持Manifest更新，例如新增四大组件，所以Qigsaw也不支持新增四大组件。在正常开发迭代过程中，动态新增splits四大组件需求极少，所以Qigsaw与Android App Bundle特性保持一致。

  • Split APKs安装过程

    Play Core Library是如何安装、加载split APKs，Qigsaw安装、加载split APKs与Play Core Library类似。首先，通过一张图来了解。

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在爱奇艺App运行过程中，当X进程发起安装游戏APK请求时，会经历以下步骤。

  1. X进程通过Qigsaw Core Library发起游戏APK安装请求。
  2. 当主进程收到请求后，开始下载并安装游戏APK。
  3. 在下载、安装整个过程中，Qigsaw Core Library会将整个过程所有状态返回给爱奇艺App，包括下载进度、安装结果等。
  4. 当安装完成以后，爱奇艺App就可以使用游戏APK。

Qigsaw下载、安装split APKs均在主进程处理，split APKs的加载则发生在X进程。Qigsaw安装、加载split APKs原则是，哪个进程发起split APKs安装请求，就在哪个进程加载split APKs。

  • Qigsaw拓展功能

    在实际开发过程中，Android App Bundle所支持的功能特性并不满足我们需求。因此，Qigsaw在Android App Bundle基础上拓展了几个功能。

    1. Split APKs的Application初始化。
    2. Split APKs的Content Provider动态加载。
    3. 多进程支持。
    4. 通过Tinker patch完成split APKs热更新。

    在此，我们首先介绍Qigsaw多进程功能。以下图场景为例。

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