支付宝客户端架构解析:Android 容器化框架初探

由本章节开始,我们将从支付宝客户端的架构设计方案入手,细分拆解客户端在“ 容器化框架设计 ”、“ 网络优化 ”、“ 性能启动优化 ”、“ 自动化日志收集 ”、“ RPC 组件设计 ”、“ 移动应用监控、诊断、定位 ”等具体实现,带领大家进一步了解支付宝在客户端架构上的迭代与优化历程。

本节将介绍支付宝 Android 容器化框架设计的基本思路。

1.1 开发背景

随着 Android 应用程序所能实现的功能越来越强大和复杂,随之而来的是:

  • Android 程序的的代码和资源越来越多,APK 文件的 size 越来越大,Android 程序也越来越复杂;
  • 随着应用的迭代、项目的扩张,团队数量以及团队人数的同时增多,基于传统架构模式的并行开发也变得愈加困难。

此外,移动客户端通常需要面对动态化开发的挑战;Bug 紧急修复等运维需求;同时也有一些在线运营的需求,如动态下发广告,推送接入活动等。如果每次有运维、运营需求,都需要一次客户端发版,那将是传统的开发人员的梦魇。

Android 开发者们深切体会到一个稳健可靠、可扩展的、支持大规模并行开发的客户端开发框架对于平台级别的客户端 App 的重要性。事实上,客户端框架设计的健壮性和扩展性,在面对上述需求和解决困难上,往往能达到事倍功半的效果,尤其是 Android 客户端开发人员将深受其利。

那么,作为平台级别的 Android 客户端 App 究竟该如何的进行框架设计,才能满足千变万化的移动互联网时代的困难和需求?

1.2 平台级客户端框架面临的问题

No. 问题 描述
1 项目工程复杂度高,开发、编译测试、集成都非常困难 支付宝 App 代码 200W 行+
2 平台级App的内部微应用(团队)非常多,并行开发要求高 内部多达几十个应用
3 APK size 庞大 支付宝 App60+M,导致在某些厂商 Rom 中安装不上
4 线上版本出现各种问题 如:发版后,UCSDK 被乌平台暴露出安全漏洞
5 线上活动运营需求 春节红包扫福活动,预案要动态推送新 so 文件到客户端

我们可以归纳为:平台级客户端框架必须要解决的是 模块化动态化 这两大核心问题。

(本篇文章我们着重关注 模块化 相关内容,后续我们通过其他文章分析 动态化 的能力。)

1.3 框架设计原则

为了解决上述模块化的问题,我们要遵循以下原则去设计客户端框架:

  • 根据基础技术层级、客户端的业务线等原则,对客户端应用程序进行模块化拆分。
  • 每一个模块由独立的小团队或者个人来进行开发、维护、测试、集成。
  • 模块与模块之间要做到彻底解耦,模块之间可以通过接口进行依赖。
  • 每一个模块可以进行热插拔,单个模块的插拔不影响整体的工程的编译运行。

2. Quinox 简介

Quinox 客户端框架是类 OSGi( like-as)框架的实现。Quinox 一词来源于著名的 OSGi 框架的实现 Equinox。

基于此框架的客户端 App,都是由一个个的积木搭建而成,这些积木被称之为:Bundle。

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3. Bundle 介绍

3.1 什么是 Bundle

Bundle 是 OSGi 规范的模块化基本单位,与 Android 里的 android.os.Bundle 是两个完全不同的概念。 OSGi 里的 Bundle 指的是 Java 应用程序的基本单位,它是一个模块单元(Jar 格式),也是上文 Quinox 简介里提到的积木。 基于 Quinox 容器框架开发的应用程序也是由众多的 Bundle(APK 格式)构成。

本章节将从项目开发的三个不同的时期对 Bundle 的形态进行阐述:

时期 形态
开发期 Bundle 工程
构建期 Bundle 包
集成期 集成客户端的 Bundle 基线

3.2 Bundle 工程

常规的 Android 项目开发,代码工程通常有两种(两级)类型

工程类型 Library Application
工程输出 Aar Apk

基于 Quinox 容器框架开发的 Android 项目,代码工程则有三种(三级)类型

工程类型 Library Bundle(工程包) Application(测试包/安装包/Final APK)
工程输出 Aar Apk(.jar) Apk

关于 Bundle 工程,我们需要了解以下三点:

  • Bundle 工程跟常规的 Android Application 工程非常的类似:它内部也会有多个 Library(Android Module);它的输出形式也是 APK 格式。
  • 虽然 Bundle 包文件本质上是 APK 格式,但是该 APK 是无法运行的。同时,Bundle 工程被 deploy 到 mvn 仓库里时,它的后缀名是会改为.jar。
  • 基于 Quinox 容器的 Application 工程(可称之为 Portal 工程)则是将众多 Bundle(APK)合并成一个 APK(Final)的过程。这里是合并,而不是编译,所以生成最终 APK 的速度将会非常快,因为编译已经被分布式的进行在各个 Bundle 中了。基于 Quinox 容器开发的客户端程序,需使用 mPaaS 定制的构建工具(即打包插件)。

关于 Bundle 工程的结构图请参考:

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3.3 Bundle 包

如上所述,Bundle 工程的输出也是 APK 文件。

在 OSGi 规范中,Bundle 是有很多属性的。Bundle 工程输出的 APK 与常规的 APK 有一个不同点,mPaaS 插件会将 Bundle 的所有属性生成一个特殊的文件放在这个 APK 中,供容器去解读。

除了 APK 文件之外,Bundle 工程的构建结果还包含:

  • AndroidMannifest.xml
  • Bundle 接口包(可以理解为一个 jar 包,它包含且暴露该 Bundle 提供的接口类)
  • mapping.txt

Bundle 包文件,在构建完成之后,通常要 deploy 到本地/远程的 mvn 仓库中,以供其他 Bundle 工程引用,或是被 Portal 工程集成。

3.4 Bundle 基线

前面已经讲述过,构建 Final APK 其实主要就是将很多的 Budnle APK 合并成最终的 APK 的过程,而这些众多的 Bundle APK 们都存放于 mvn 仓库中。

因此我们将这些 Bundle 的 GAV(GroupId,ArtifactId,Vesion)的集合,称之为基线。

当某一个团队/个人开完一个 Bundle 工程的新功能,并经过测试达到可发布状态,就可以更新基线里的版本号。我们将这个过程称之为进基线。我们认为:基线里打出来的 APK 是稳定可运行的;没有稳定 Bundle 工程包不应该进基线。

Bundle 基线机制可以很好的隔离了模块之间的相互影响,保障了不同团队间开发环境的和谐与稳定,达到了我们之前的设计的初衷,因此可以很好的支持多团队并行开发。

3.5 Bundle 包属性及配置办法

关于 Bundle 属性,我们可以参考 OSGi 的 Bundle 属性。Quinox 容器框下定义的 Bundle 属性要简单的多。

下表将列举 Bundle 的所有属性以及配置方法:

名称 说明 配置办法
Bundle-Name Bundle 的名称,作为 key 值存在。同一个客户端 apk 中,不允许同名的 Bundle 存在 由 mPaaS 插件根据 Bundle 工程的 GAV 的 GroupId、ArtifactId ,以一定的规则生成而来。
Bundle-Version Bundle 的版本号,各个 Bundle 的接口包必须做到 API 版本向下兼容。 由 mPaaS 插件根据 Bundle 工程的 GAV 中的 Version 生成而来
Init-Level 已废弃 配置为 1 即可
Package-Name 已废弃 配置为 ” 即可
Component-Name Bundle 中声明的 Android Component。它跟 Export-Pacakges 属性一样,是 Bundle 的入口类。 由 mPaaS 插件根据 AndroidManifest.xml 文件中定义的 Activity,Service,BroadcastReceiver,ContentProvider 等生成
Package-Id Bundle 工程的资源的 packageid,具体技术细节请参考4.2章节 必须由开发同学在 Bundle 工程中设置属性 packageId,其值的设置区间为【27, 127】,如果没有资源,则设置为 127,如果 Bundle 为 Bundle 依赖关系树上根节点的 Bundle,则设置为27。
Contains-Dex 此 Bundle 中是否包含代码(classes.dex) 由 mPaaS 插件根据 Bundle 文件中是否包含 classes.dex 节点判断得来。备注:静态链接的 Bundle 由于 classes.dex merge 到了主 apk 中,所以该属性会被修正为 false
Contains-Res 此 Bundle 中是否包含资源(resources.arsc) 由 mPaaS 插件根据 Bundle 文件中是否包含 resources.arsc 文件判断得来。
Native-Library 此 Bundle 中是否包含 native so(lib/xxx/libxxx.so) 由 mPaaS 插件根据 Bundle 文件中 native so 文件判断得来。备注:在构建最终 apk 时,Bundle 中所有的 so 文件在构建 Final apk 时,会 merge 到 Final apk 中,所以该属性会被修正为 null
Required-Bundle 此 Bundle 依赖的 Bundle 列表:为 Budnle-Name@Bundle-Version 的格式。 由 mPaaS 插件根据Bundle项目工程依赖其他Bundle接口包,来生成此属性。
Export-Pacakges Bundle 导出包(请参考 OSGi 的导出包概念)。Quinox 容器将根据导出包,从对应的 Bundle 中加载类。 必须由开发同学在 Bundle 工程中设置属性 exportPackages。例如:某个非静态连接的 Bundle 提供了类: com.alipay.android.phone.framework.api.A 作为接口给其他 Bundle 使用,则须将 com.alipay.android.phone.framework.api 配置为导出包。(反射被使用的类也应纳入导出包)。有多个导出包的用’,’隔开。为了性能考虑,导出包不应设置太多,或者范围太广。

4. 资源管理

4.1 资源管理器

作为 Android 开发人员,我们知道通过 android.content.res.Resources 对象可以获取字符串、布局、图片、动画等资源。

在 Quinox 容器化的框架内,原生的资源管理肯定无法实现多 Bundle 的资源管理,这时候,我们就构建了 Bundle 资源管理器,来专门处理各个 Bundle 的资源的加载、调用等工作,替代了 Android 原生的资源管理逻辑。

但是,由于所有 Bundle 包都是独立编译的,它们中的资源极可能存在着相同的资源 id。因此,当存在相同资源时,就可能存在冲突,那么如何解决资源 id 的冲突呢?

4.2 资源 id

作为 Android 程序员,我们都知道资源 id 是一个 int 值,它包含4个 byte。它是在构建 APK 工程时,由 aapt 工具生成,定义在 R 文件中。

示例代码:

public final class R {
    public static final class drawable {
        public static int xxx_bg=0x1e020000;
    }
    public static final class id {
        public static int xxx_id=0x1e050001;
    }
    public static final class layout {
        public static int xxx_layout=0x1e030000;
    }
    public static final class string {
        public static int xxx_str=0x1e040001;
    }
}
复制代码

这四个 byte 含义如下:

  • 第一个字节为:pacakgeId。
  • 第二个字节为:typeId。它表示的是不同的资源类型,如字符串,布局,图片,动画等。
  • 第三第四两个字节合起来为:资源名称的 id

如下图所示:

支付宝客户端架构解析:Android 容器化框架初探

到这里,很多读者应该已经理解到了,Quinox 容器框架关于资源 id 冲突的解决方案是,让 mPaaS 打包插件使用改造过 aapt 工具,对每一个 Bundle 工程都指定不同 packageId,进行分区隔离,从而确保不同的 Bundle 之间资源 id 是不会重复的。这也是为什么 Bundle 工程里需要指定 packageId 的缘故。

5.容器化

关于 Quinox 容器化这里,由于目前为止,Quinox 暂未开源,所以本章节内,我们暂时不涉及到源码分析。

上面我们聊了很多关于 Bundle 的话题,那么整个容器化的核心,也是如何管理各个 Bundle。这时就要引出我们的容器管理器了,容器管理器的主要工作就是协调各个 Bundle,对各种信息进行增删改查。

在应用启动后,我们的容器管理器会读取配置信息,生成各 Bundle 的信息实例

5.1 容器管理器:增、删

Quinox 容器框架的目标是解决 Android 客户端 App 模块化和动态化这两大核心问题。增、删这两项能力,更多的是用来实现动态化能力的,方便容器对各个 Bundle 进行动态添加、删除。由于本文着重描写模块化的能力,所以这部分,我们后续单开专题来分析容器的动态化能力。

5.2 容器管理器:改

关于容器管理器的改的能力,Quinox 主要是利用改的能力,做一些启动性能的优化,以及机型适配上的工作,这里涉及源码较多,我们不做过多分析。

5.3 容器管理器:查

容器管理器使用最频繁的功能接口应该是查询接口:

  • 根据 BundleName 进行查询(还记得 Bundle 的 Require-Bundle 属性么?)
  • 根据 packageId 进行查询(非27的 Bundle)
  • 根据 Android Component 类名进行查询(还记得 Bundle 的 Component-Name 属性么?)

通过管理器的查询接口,我们进行各个 Bundle 之间的协调、通信,完成容器化的功能。

5.4 组件的启动

除了容器管理器,还有一个重要的点就是组件的启动器。Quinox 容器定制类原生 Android Activity 的启动流程,从而自主管理 Activity 的创建以及生命周期。

同时,由于 Activity 是我们自主的启动器进行的创建,我们还可以对 Activity 进行一些定制化的改造,方便其更好的适配容器这套体系。比如说给 Activity 赋予我们自定义的资源管理器,管理 Activity 堆栈并对外提供接口,对 Activity 各生命周期做一些切面工作等等。

定制化的组件启动器,还有一个好处就是可以做到 Activity 的动态运行。所谓动态运行,是指运行出厂未注册在 Manifest 中的 Activity。这块功能,更多是为了支持容器动态化的能力。

由于 Activity 动态运行的实现逻辑涉及较多的核心技术点,所以我们暂时不进行具体实现的剖析。

6. 小结

通过本节内容,我们已经初步了解了 mPaaS 在安卓端容器化框架的设计思路和相应模块。由于篇幅限制,很多技术要点我们无法一一展开。

欢迎大家上手体验mPaaS。关于安卓端容器化框架的设计思路和具体实践,同样期待你们的反馈,欢迎一起探讨交流。

往期阅读

《开篇 | 模块化与解耦式开发在蚂蚁金服 mPaaS 深度实践探讨》

《口碑 App 各 Bundle 之间的依赖分析指南》

《源码剖析 | 蚂蚁金服 mPaaS 框架下的 RPC 调用历程》

《支付宝移动端动态化方案实践》

原文 

https://juejin.im/post/5bd81cf2f265da0ab674096c

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