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前言 四大组件的插件化是插件化技术的核心知识点,而Activity插件化更是重中之重,Activity插件化主要有三种实现方式,分别是反射实现、接口实现和Hook技术实现。反射实现会对性能有所影响,主流的插件化框架没有采用此方式,关于接口实现可以阅读dynamic-load-apk的源码,这里不做介绍,目前Hook技术实现是主流,因此本篇文章主要介绍Hook技术实现。 Hook技术实现主要有两种解决方案 ,一种是通过Hook IActivityManager来实现,另一种是Hook Instrumentation实现。在讲到这两个解决方案前,我们需要从整体上了解Activity的启动流程。
1.Activity的启动过程回顾 Activity的启动过程主要分为两种,一种是根Activity的启动过程,一种是普通Activity的启动过程。关于根Activity的启动过程在在介绍过,这里来简单回顾下,如下图所示。 图 1 首先Launcher进程向AMS请求创建根Activity,AMS会判断根Activity所需的应用程序进程是否存在并启动,如果不存在就会请求Zygote进程创建应用程序进程。应用程序进程启动后,AMS会请求应用程序进程创建并启动根Activity。 普通Activity和根Activity的启动过程大同小异,但是没有这么复杂,因为不涉及应用程序进程的创建,跟Laucher也没关系,如下图所示。 图2 上图抽象的给出了普通Acticity的启动过程。在应用程序进程中的Activity向AMS请求创建普通Activity(步骤1),AMS会对 这个Activty的生命周期管和栈进行管理,校验Activity等等。如果Activity满足AMS的校验,AMS就会请求应用程序进程中的ActivityThread去创建并启动普通Activity(步骤2)。
2.Hook IActivityManager方案实现 AMS是在SystemServer进程中,我们无法直接进行修改,只能在应用程序进程中做文章。可以采用预先占坑的方式来解决没有在AndroidManifest.xml中显示声明的问题,具体做法就是在上图步骤1之前使用一个在AndroidManifest.xml中注册的Activity来进行占坑,用来通过AMS的校验。 接着在步骤2之后用插件Activity替换占坑的Activity,接下来根据这个解决方案我们来实践一下。
2.1 注册Activity进行占坑 为了更好的讲解启动插件Activity的原理,这里省略了插件Activity的加载逻辑,直接创建一个TargetActivity来代表已经加载进来的插件Activity,接着我们再创建一个SubActivity用来占坑。在AndroidManifest.xml中注册SubActivity,如下所示。AndroidManifest.xml
<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?> <manifest xmlns:android ="http://schemas.android.com/apk/res/android" package ="com.example.liuwangshu.pluginactivity" > S <application ... <activity android:name=".StubActivity"/> </application > </manifest >
TargetActivity用来代表已经加载进来的插件Activity,因此不需要在AndroidManifest.xml进行注册。如果我们直接在MainActivity中启动TargetActivity肯定会报错(android.content.ActivityNotFoundException异常)。
2.2 使用占坑Activity通过AMS验证 为了防止报错,需要将启动的TargetActivity替换为SubActivity,用SubActivity来通过AMS的验证。在第六章时讲过Android 8.0与7.0的AMS家族有一些差别,主要是Android 8.0去掉了AMS的代理ActivityManagerProxy,代替它的是IActivityManager,直接采用AIDL来进行进程间通信。 Android7.0的Activity的启动会调用ActivityManagerNative的getDefault方法,如下所示。frameworks/base/core/java/android/app/ActivityManagerNative.java
static public IActivityManager getDefault () { return gDefault.get(); } private static final Singleton<IActivityManager> gDefault = new Singleton<IActivityManager>() { protected IActivityManager create () { IBinder b = ServiceManager.getService("activity" ); if (false ) { Log.v("ActivityManager" , "default service binder = " + b); } IActivityManager am = asInterface(b); if (false ) { Log.v("ActivityManager" , "default service = " + am); } return am; } };
getDefault方法返回了IActivityManager类型的对象,IActivityManager借助了Singleton类来实现单例,而且gDefault又是静态的,因此IActivityManager是一个比较好的Hook点。 Android8.0的Activity的启动会调用ActivityManager的getService方法,如下所示。frameworks/base/core/java/android/app/ActivityManager.java
public static IActivityManager getService () { return IActivityManagerSingleton.get(); } private static final Singleton<IActivityManager> IActivityManagerSingleton = new Singleton<IActivityManager>() { @Override protected IActivityManager create () { final IBinder b = ServiceManager.getService(Context.ACTIVITY_SERVICE); final IActivityManager am = IActivityManager.Stub.asInterface(b); return am; } };
同样的,getService方法返回了了IActivityManager类型的对象,并且IActivityManager借助了Singleton类来实现单例,确定了无论是Android7.0还是Android8.0,IActivityManager都是比较好的Hook点。Singleton类如下所示,后面会用到。frameworks/base/core/java/android/util/Singleton.java
public abstract class Singleton <T > { private T mInstance; protected abstract T create () ; public final T get () { synchronized (this ) { if (mInstance == null ) { mInstance = create(); } return mInstance; } } }
由于Hook需要多次对字段进行反射操作,先写一个字段工具类FieldUtil:FieldUtil.java
public class FieldUtil { public static Object getField (Class clazz, Object target, String name) throws Exception { Field field = clazz.getDeclaredField(name); field.setAccessible(true ); return field.get(target); } public static Field getField (Class clazz, String name) throws Exception { Field field = clazz.getDeclaredField(name); field.setAccessible(true ); return field; } public static void setField (Class clazz, Object target, String name, Object value) throws Exception { Field field = clazz.getDeclaredField(name); field.setAccessible(true ); field.set(target, value); }
其中setField方法不会马上用到,接着定义替换IActivityManager的代理类IActivityManagerProxy,如下所示。
public class IActivityManagerProxy implements InvocationHandler { private Object mActivityManager; private static final String TAG = "IActivityManagerProxy" ; public IActivityManagerProxy (Object activityManager) { this .mActivityManager = activityManager; } @Override public Object invoke (Object o, Method method, Object[] args) throws Throwable { if ("startActivity" .equals(method.getName())) { Intent intent = null ; int index = 0 ; for (int i = 0 ; i < args.length; i++) { if (args[i] instanceof Intent) { index = i; break ; } } intent = (Intent) args[index]; Intent subIntent = new Intent(); String packageName = "com.example.liuwangshu.pluginactivity" ; subIntent.setClassName(packageName,packageName+".StubActivity" ); subIntent.putExtra(HookHelper.TARGET_INTENT, intent); args[index] = subIntent; } return method.invoke(mActivityManager, args); } }
Hook点IActivityManager是一个接口,建议采用动态代理。在注释1处拦截startActivity方法,接着获取参数args中第一个Intent对象,它是原本要启动插件TargetActivity的Intent。注释2、3处新建一个subIntent用来启动的StubActivity,注释4处将这个TargetActivity的Intent保存到subIntent中,便于以后还原TargetActivity。注释5处用subIntent赋值给参数args,这样启动的目标就变为了StubActivity,用来通过AMS的校验。 最后用代理类IActivityManagerProxy来替换IActivityManager,如下所示。
HookHelper.java
public class HookHelper { public static final String TARGET_INTENT = "target_intent" ; public static void hookAMS () throws Exception { Object defaultSingleton=null ; if (Build.VERSION.SDK_INT >= 26 ) { Class<?> activityManageClazz = Class.forName("android.app.ActivityManager" ); defaultSingleton= FieldUtil.getField(activityManageClazz ,null ,"IActivityManagerSingleton" ); } else { Class<?> activityManagerNativeClazz = Class.forName("android.app.ActivityManagerNative" ); defaultSingleton= FieldUtil.getField(activityManagerNativeClazz,null ,"gDefault" ); } Class<?> singletonClazz = Class.forName("android.util.Singleton" ); Field mInstanceField= FieldUtil.getField(singletonClazz ,"mInstance" ); Object iActivityManager = mInstanceField.get(defaultSingleton); Class<?> iActivityManagerClazz = Class.forName("android.app.IActivityManager" ); Object proxy = Proxy.newProxyInstance(Thread.currentThread().getContextClassLoader(), new Class<?>[] { iActivityManagerClazz }, new IActivityManagerProxy(iActivityManager)); mInstanceField.set(defaultSingleton, proxy); } }
首先在注释1处对系统版本进行区分,最终获取的是 Singleton<IActivityManager>
类型的IActivityManagerSingleton或者gDefault字段。注释2处获取Singleton类中的mInstance字段,从前面Singleton类的代码可以得知mInstance字段的类型为T,在注释3处得到IActivityManagerSingleton或者gDefault字段中的T的类型,T的类型为IActivityManager。最后动态创建代理类IActivityManagerProxy,用IActivityManagerProxy来替换IActivityManager。 自定义一个Application,在其中调用HookHelper 的hookAMS方法,如下所示。MyApplication.java
public class MyApplication extends Application { @Override public void attachBaseContext (Context base) { super .attachBaseContext(base); try { HookHelper.hookAMS(); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } } }
在MainActivity中启动TargetActivity,如下所示。MainActivity.java
public class MainActivity extends Activity { private Button bt_hook; @Override protected void onCreate (Bundle savedInstanceState) { super .onCreate(savedInstanceState); setContentView(R.layout.activity_main); bt_hook = (Button) this .findViewById(R.id.bt_hook); bt_hook.setOnClickListener(new View.OnClickListener() { @Override public void onClick (View view) { Intent intent = new Intent(MainActivity.this , TargetActivity.class); startActivity(intent); } }); } }
点击Button时,启动的并不是TargetActivity而是SubActivity,同时Log中打印了”hook成功”,说明我们已经成功用SubActivity通过了AMS的校验。
2.3 还原插件Activity 前面用占坑Activity通过了AMS的校验,但是我们要启动的是插件TargetActivity,还需要用插件TargetActivity来替换占坑的SubActivity,这一替换的时机就在图2的步骤2之后。 ActivityThread启动Activity的过程,如图3所示。
图3
ActivityThread会通过H将代码的逻辑切换到主线程中,H类是ActivityThread的内部类并继承自Handler,如下所示。frameworks/base/core/java/android/app/ActivityThread.java
private class H extends Handler {public static final int LAUNCH_ACTIVITY = 100 ;public static final int PAUSE_ACTIVITY = 101 ;... public void handleMessage (Message msg) { if (DEBUG_MESSAGES) Slog.v(TAG, ">>> handling: " + codeToString(msg.what)); switch (msg.what) { case LAUNCH_ACTIVITY: { Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER, "activityStart" ); final ActivityClientRecord r = (ActivityClientRecord) msg.obj; r.packageInfo = getPackageInfoNoCheck( r.activityInfo.applicationInfo, r.compatInfo); handleLaunchActivity(r, null , "LAUNCH_ACTIVITY" ); Trace.traceEnd(Trace.TRACE_TAG_ACTIVITY_MANAGER); } break ; ... } ... }
H中重写的handleMessage方法会对LAUNCH_ACTIVITY类型的消息进行处理,最终会调用Activity的onCreate方法。那么在哪进行替换呢?接着来看Handler的dispatchMessage方法:frameworks/base/core/java/android/os/Handler.java
public void dispatchMessage (Message msg) { if (msg.callback != null ) { handleCallback(msg); } else { if (mCallback != null ) { if (mCallback.handleMessage(msg)) { return ; } } handleMessage(msg); } }
Handler的dispatchMessage用于处理消息,看到如果Handler的Callback类型的mCallback不为null,就会执行mCallback的handleMessage方法。因此,mCallback可以作为Hook点,我们可以用自定义的Callback来替换mCallback,自定义的Callback如下所示。HCallback.java
public class HCallback implements Handler .Callback { public static final int LAUNCH_ACTIVITY = 100 ; Handler mHandler; public HCallback (Handler handler) { mHandler = handler; } @Override public boolean handleMessage (Message msg) { if (msg.what == LAUNCH_ACTIVITY) { Object r = msg.obj; try { Intent intent = (Intent) FieldUtil.getField(r.getClass(), r, "intent" ); Intent target = intent.getParcelableExtra(HookHelper.TARGET_INTENT); intent.setComponent(target.getComponent()); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } } mHandler.handleMessage(msg); return true ; } }
HCallback实现了Handler.Callback,并重写了handleMessage方法,当收到消息的类型为LAUNCH_ACTIVITY时,将启动SubActivity的Intent替换为启动TargetActivity的Intent。接着我们在HookHelper中定义一个hookHandler方法如下所示。
HookHelper.java
public static void hookHandler () throws Exception { Class<?> activityThreadClass = Class.forName("android.app.ActivityThread" ); Object currentActivityThread= FieldUtil.getField(activityThreadClass ,null ,"sCurrentActivityThread" ); Field mHField = FieldUtil.getField(activityThread,"mH" ); Handler mH = (Handler) mHField.get(currentActivityThread); FieldUtil.setField(Handler.class,mH,"mCallback",new HCallback(mH)); }
ActivityThread类中有一个静态变量sCurrentActivityThread,用于表示当前的ActivityThread对象,因此在注释1处获取ActivityThread中定义的sCurrentActivityThread对象。注释2处获取ActivityThread类的mH字段,接着在注释3处获取当前ActivityThread对象中的mH对象,最后用HCallback来替换mH中的mCallback。 在MyApplication的attachBaseContext方法中调用HookHelper的hookHandler方法,运行程序,当我们点击启动插件按钮,发现启动的是插件TargetActivity。
2.4 插件Activity的生命周期 插件TargetActivity确实启动了,但是它有生命周期吗?这里从源码角度来进行分析,Activity的finish方法可以触发Activity的生命周期变化,和Activity的启动过程类似,finish方法如下所示。frameworks/base/core/java/android/app/Activity.java
public void finish () { finish(DONT_FINISH_TASK_WITH_ACTIVITY); } private void finish (int finishTask) { if (mParent == null ) { int resultCode; Intent resultData; synchronized (this ) { resultCode = mResultCode; resultData = mResultData; } if (false ) Log.v(TAG, "Finishing self: token=" + mToken); try { if (resultData != null ) { resultData.prepareToLeaveProcess(this ); } if (ActivityManager.getService() .finishActivity(mToken, resultCode, resultData, finishTask)) { mFinished = true ; } } catch (RemoteException e) { } } else { mParent.finishFromChild(this ); } }
finish方法的调用链和Activity的启动过程是类似的,注释1处会调用的AMS的finishActivity方法,接着是AMS通过ApplicationThread调用ActivityThread,ActivityThread向H发送DESTROY_ACTIVITY类型的消息,H接收到这个消息会执行handleDestroyActivity方法,handleDestroyActivity方法又调用了performDestroyActivity方法,如下所示。frameworks/base/core/java/android/app/ActivityThread.java
private ActivityClientRecord performDestroyActivity (IBinder token, boolean finishing, int configChanges, boolean getNonConfigInstance) { ActivityClientRecord r = mActivities.get(token); ... try { r.activity.mCalled = false ; mInstrumentation.callActivityOnDestroy(r.activity); ... } catch (SuperNotCalledException e) { ... } } mActivities.remove(token); StrictMode.decrementExpectedActivityCount(activityClass); return r;
注释1处通过IBinder类型的token来获取ActivityClientRecord,ActivityClientRecord用于描述应用进程中的Activity。在注释2处调用Instrumentation的callActivityOnDestroy方法来调用Activity的OnDestroy方法,并传入了r.activity。前面的例子我们用SubActivity替换了TargetActivity通过了AMS的校验,这样AMS只知道SubActivity的存在,那么AMS是如何能控制TargetActivity生命周期的回调的?我们接着往下看,启动Activity时会调用ActivityThread的performLaunchActivity方法,如下所示。frameworks/base/core/java/android/app/ActivityThread.java
private Activity performLaunchActivity (ActivityClientRecord r, Intent customIntent) { ... java.lang.ClassLoader cl = appContext.getClassLoader(); activity = mInstrumentation.newActivity( cl, component.getClassName(), r.intent); ... activity.attach(appContext, this , getInstrumentation(), r.token, r.ident, app, r.intent, r.activityInfo, title, r.parent, r.embeddedID, r.lastNonConfigurationInstances, config, r.referrer, r.voiceInteractor, window, r.configCallback); ... mActivities.put(r.token, r); ... return activity; }
注释1处根据Activity的类名用ClassLoader加载Acitivty,接着调用Activity的attach方法,将r.token赋值给Activity的成员变量mToken。在注释2处将ActivityClientRecord根据r.token存在mActivities中(mActivities类型为ArrayMap<IBinder, ActivityClientRecord>
),再结合Activity的finish方法的注释1处,可以得出结论:AMS和ActivityThread之间的通信采用了token来对Activity进行标识,并且此后的Activity的生命周期处理也是根据token来对Activity进行标识的。 回到我们这个例子来,我们在Activity启动时用插件TargetActivity替换占坑SubActivity,这一过程在performLaunchActivity方法调用之前,因此注释2处的r.token指向的是TargetActivity,在performDestroyActivity的注释1处获取的就是代表TargetActivity的ActivityClientRecord,可见TargetActivity是具有生命周期的。
3.Hook Instrumentation方案实现 Hook Instrumentation实现要比Hook IActivityManager实现要简洁一些,示例代码会和Hook IActivityManager实现有重复,重复的部分这里不再赘述。 Hook Instrumentation实现同样也需要用到占坑Activity,与Hook IActivityManager实现不同的是,用占坑Activity替换插件Activity以及还原插件Activity的地方不同。Acitivty的startActivity方法调用时序图如图4所示。 图4 从图4可以发现,在Activity通过AMS校验前,会调用Activity的startActivityForResult方法:frameworks/base/core/java/android/app/Activity.java
public void startActivityForResult (@RequiresPermission Intent intent, int requestCode, @Nullable Bundle options) { if (mParent == null ) { options = transferSpringboardActivityOptions(options); Instrumentation.ActivityResult ar = mInstrumentation.execStartActivity( this , mMainThread.getApplicationThread(), mToken, this , intent, requestCode, options); ... } else { ... } }
startActivityForResult方法中调用了Instrumentation的execStartActivity方法来激活Activity的生命周期。 如图3所示,ActivityThread启动Activity的过程中会调用ActivityThread的performLaunchActivity方法,如下所示。frameworks/base/core/java/android/app/ActivityThread.java
private Activity performLaunchActivity (ActivityClientRecord r, Intent customIntent) { ... ContextImpl appContext = createBaseContextForActivity(r); Activity activity = null ; try { java.lang.ClassLoader cl = appContext.getClassLoader(); activity = mInstrumentation.newActivity( cl, component.getClassName(), r.intent); ... } catch (Exception e) { ... } ... return activity; }
注释1处调用了mInstrumentation的newActivity方法,其内部会用类加载器来创建Activity的实例。看到这里我们可以得到方案,就是在Instrumentation的execStartActivity方法中用占坑SubActivity来通过AMS的验证,在Instrumentation的newActivity方法中还原TargetActivity,这两部操作都和Instrumentation有关,因此我们可以用自定义的Instrumentation来替换掉mInstrumentation。首先我们自定义一个Instrumentation,在execStartActivity方法中将启动的TargetActivity替换为SubActivity,如下所示。InstrumentationProxy.java
public class InstrumentationProxy extends Instrumentation { private Instrumentation mInstrumentation; private PackageManager mPackageManager; public InstrumentationProxy (Instrumentation instrumentation, PackageManager packageManager) { mInstrumentation = instrumentation; mPackageManager = packageManager; } public ActivityResult execStartActivity ( Context who, IBinder contextThread, IBinder token, Activity target, Intent intent, int requestCode, Bundle options) { List<ResolveInfo> infos = mPackageManager.queryIntentActivities(intent, PackageManager.MATCH_ALL); if (infos == null || infos.size() == 0 ) { intent.putExtra(HookHelper.TARGET_INTENsT_NAME, intent.getComponent().getClassName()); intent.setClassName(who, "com.example.liuwangshu.pluginactivity.StubActivity" ); } try { Method execMethod = Instrumentation.class.getDeclaredMethod("execStartActivity" , Context.class, IBinder.class, IBinder.class, Activity.class, Intent.class, int .class, Bundle.class); return (ActivityResult) execMethod.invoke(mInstrumentation, who, contextThread, token, target, intent, requestCode, options); } catch (Exception e) { e.printStackTrace(); } return null ; } }
首先查找要启动的Activity是否已经在AndroidManifest.xml中注册了,如果没有就在注释1处将要启动的Activity(TargetActivity)的ClassName保存起来用于后面还原TargetActivity,接着在注释2处替换要启动的Activity为StubActivity,最后通过反射调用execStartActivity方法,这样就可以用StubActivity通过AMS的验证。在InstrumentationProxy 的newActivity方法还原TargetActivity,如下所示。InstrumentationProxy.java
public Activity newActivity (ClassLoader cl, String className, Intent intent) throws InstantiationException, IllegalAccessException, ClassNotFoundException { String intentName = intent.getStringExtra(HookHelper.TARGET_INTENT_NAME); if (!TextUtils.isEmpty(intentName)) { return super .newActivity(cl, intentName, intent); } return super .newActivity(cl, className, intent); }
newActivity方法中创建了此前保存的TargetActivity,完成了还原TargetActivity。 编写hookInstrumentation方法,用InstrumentationProxy替换mInstrumentation:HookHelper.java
public static void hookInstrumentation (Context context) throws Exception { Class<?> contextImplClass = Class.forName("android.app.ContextImpl" ); Field mMainThreadField =FieldUtil.getField(contextImplClass,"mMainThread" ); Object activityThread = mMainThreadField.get(context); Class<?> activityThreadClass = Class.forName("android.app.ActivityThread" ); Field mInstrumentationField=FieldUtil.getField(activityThreadClass,"mInstrumentation" ); FieldUtil.setField(activityThreadClass,activityThread,"mInstrumentation" ,new InstrumentationProxy((Instrumentation) mInstrumentationField.get(activityThread), context.getPackageManager())); }
注释1处获取ContextImpl类的ActivityThread类型的mMainThread字段,注释2出获取当前上下文环境的ActivityThread对象。 注释3出获取ActivityThread类中的mInstrumentation字段,最后用InstrumentationProxy来替换mInstrumentation。 在MyApplication的attachBaseContext方法中调用HookHelper的hookInstrumentation方法,运行程序,当我们点击启动插件按钮,发现启动的是插件TargetActivity。
4. 总结 这一节我们学到了启动插件Activity的原理,主要的方案就是先用一个在AndroidManifest.xml中注册的Activity来进行占坑,用来通过AMS的校验,接着在合适的时机用插件Activity替换占坑的Activity。为了更好的讲解启动插件Activity的原理,本小节省略了插件Activity的加载逻辑,直接创建一个TargetActivity来代表已经加载进来的插件Activity。同时这一节使我们更好的理解了Activity的启动过程。更多的Android插件化原理请查看即将要出版的《Android进阶之光》续作。