Atlas：手淘Native容器化框架和思考

在刚刚过去的云栖大会上，手淘宣布其移动容器化框架Atlas将于2017年年初开源，对这个框架，在过去团队对外部做过一些分享，外界也一直对其十分关注，到现在它终于即将开源了。

本文将介绍Atlas的设计思路和手淘对容器化、组件化和动态化上的思考，主要内容来自阿里巴巴资深技术专家倪生华（玄黎）在云栖大会上的分享。

Atlas是什么

2013年，手淘航母战略的制定，带来了业务和开发人员的翻倍膨胀。从不到100人猛增四五倍，同时业务数量大增，整个客户端的架构和发版节奏受到极大挑战，Atlas作为之前手淘客户端的基础框架，进行了一次大的重构，形成了今天的Atlas。

Atlas是一个Android客户端容器化框架，主要提供了组件化、动态性、解耦化的支持。支持工程师在工程编码期、Apk运行期以及后续运维修复期的各种问题。

• 在工程期，实现工程独立开发，调试的功能，工程模块独立。
• 在运行期，实现完整的组件生命周期的映射，类隔离等机制。
• 在运维期，提供快速增量的更新修复能力，快速升级。

Atlas是工程期和运行期共同起作用的框架，它的特点是尽量将一些工作放到工程期，这样来保证运行期的简单，稳定。

目前，Atlas在淘系App的应用十分广泛，手淘自身超过60+业务组件、20个协作团队，以及百万行级别代码都在Atlas上运行，其快速迭代能力让应用的发布周期从每月到每周再到随时发布，在过去半年里就发布了446次。另外Atlas本身非常轻量，只有90多个类，支持大小型App开发，从大型的手淘到相对小型的阿里健康等都是用的这个框架。其稳定性也接受了考验，兼容Android 4.x以上系统版本。整体手淘的Crash率一直维持在万分之五左右，因为容器导致的crash占比小于百分之一。

从这个意义上来说，Atlas首先要解决的问题是大规模团队的协作问题，诉求包括并行开发、快速迭代、工程解耦，然后解决的问题是客户端动态更新的问题。手淘内部思考的解决方案就是组件化。

Atlas组件化实现

组件化，业界称为插件化，不过这里Atlas的组件化和现在的插件化有一些不一样的地方。组件化是需要去知道组件的功能，设计更规范。

(手淘APK包目录结构)

这是一个手机淘宝的APK包，第一层目录上与标准的APK是完全一样的，在APP会有很多的so文件，如果解开来看的话，它的结构类似于完整的APK，但本身并不能独立运行，它跟很多插件化的差别是在运行期，它是运行在整个容器里的，每一个组件都是独立的Bundle。

从模块来划分，手淘APK可以分为两层，上层是经过拆分的业务Bundle，扫码、评价、详情，各个业务之间可以进行功能的调用，可以通过路由调度到其他业务方。下层是共享的底层中间件，向业务方开放各种能力，如网络库、图片库等，会在容器里进行统一地把控，这样做的好处是包做到尽可能小，第二是性能佳。

这一块是Atlas的整体设计，分为五层：

第一层我们称之为Hack层，包括OS Hack toolkit & verifier，这里我们对系统能力做一些扩展，然后做一些安全校验。

第二层是Bundle Framework，就是我们的容器基础框架，提供Bundle管理、加载、生命周期、安全等一些最基本的能力。

第三层是运行期管理层，包括清单，我们会把所有的Bundle和它们的能力列在一个清单上，在调用时方便查找；另外是版本管理，会对所有Bundle的版本进行管理；再就是代理，这里就是和业界一些插件化框架机制类似的地方，我们会代理系统的运行环境，让Bundle运行在我们的容器框架上；然后还有调试和监控工具，是为了方便工程期开发调试。

第四层是业务层了，这里我们向业务方暴露了一些接口，如框架生命周期、配置文件、工具库等等。

最上面一层是应用接入层，就是我们的业务代码了。

所以Atlas作为一个框架提供了相对完整的能力，业务层的开发可以在框架生命周期的各个环节做一些自定义的动作，也可以自由的调用系统、框架，乃至其它组件释放的能力。

组件化技术细节

前面讲的是容器层面的比较概要的东西，下面我们会讲一些具体的细节。

关于Bundle的生命周期会提供细粒度的节点，比如下面是一个Bundle从加载到运行的周期：

• startInstall：开始加载。这个时候框架会做一些拷贝文件、释放lib、加载Bundle的事情；
• Installed：加载完毕。这时框架会注入资源路径，创建class loader；
• resolved：解析完毕，框架会检查组件配置是否合法，是否能被解析；
• active：运行组件，即开始运行组件Bundle；
• started：运行成功。

组件化涉及到的第一个问题是Manifest处理，一个是因为来源很多，有宿主Manifest、Aar Manifest以及组件Manifest，另外不同组件的Manifest经常发生变化，要求我们灵活地去处理。这里的做法是在工程期将所有的Manifest进行Merge操作，这里需要注意的是Bundle的依赖单独Merge，因为这里涉及到依赖仲裁的问题。最后解析各个Bundle的Merge Manifest，得到整包的BundleInfoList，就是上面我们提到的Bundle信息清单。

第二个是类加载，这里利用Delegate ClassLoader来动态加载组件的类。Delegate ClassLoader先查找宿主Bundle的PathClassLoader，然后根据前面的BundleList找到对应的BundleClassLoader.

第三个是资源，我们会用自己的DelegeteResources替换掉系统的resource，Bundle的资源会逐个在安装的时候添加到AssertPath，由于添加Bundle的顺序非固定，不分区会导致资源查找错乱。

另外，Dalvik和ART上的资源查找过程顺序是不一样的，加上小米等系统会重写自己的resources，所以我们会适配不同的机型，往后追加AssetsPath或者往前追加，系统AssetManager是个单例，默认往后追加，如果往前追加，则需要重新创建AssetsManager对象，同样主dex动态部署的时候要达到替换原有resource的目的，必须保证插入顺序与查找顺序一致。

还有需要注意的是，每次更新resourceTable的时候，必须保证apkresource，runtime的系统resource，例如webview，bundle resource都已经添加成功，而且唯一，顺序正确。

不同Bundle的资源可能发生命名冲突，我们是用了一种相对来说简单的方法，将各自的Bundle分配成不同的ID，保证所有的业务资源不会产生冲突，尽量将问题放到工程期解决。在很多代码里，通过反射来调用整个资源，在5.0以上的系统是没有问题的，它只找第一个，对业务代码而言，原来是怎么写的，今天还是怎么去写。

关于组件化性能这一部分，我们引入了按需加载，因为手淘APK有70多个Bundle，每个用户真正用的时候只需要5或10个，所以不需要加载所有的Bundle。Bundle之间进行隔离，通过Android四大原生组件进行交互，这样Bundle之间可以比较好的解耦。我们所有调用的入口都是基于BundleInfolist去做的，根据这个清单信息，得到组件所在Bundle，如果需要加载，我们就进行install、dexopt等操作。

另外，对于解决组件依赖问题，定义了两种新的组件格式Awb（业务Bundle）和solib（so库），前者与AAR一致，不过不添加本地lib，在构建的时候做依赖仲裁区分，后者是Native so库的依赖。Awb其实就是AAR，只是后缀修改了，如果你的包放在宿主Bundle就用AAR，如果是组件Bundle就用Awb。

对于业务Bundle的依赖，我们在构建期会将宿主Bundle和业务Bundle及其依赖分别打包，然后按照最短路径、第一声明原则进行树状仲裁，得到每个Bundle需要的依赖，在打包的时候会将依赖库放到各自的Bundle里去。

最后是APK构建，我们对它做了比较大的调整。上面的图中，其实左边这一部分是一个标准的APK的构建过程，包括处理，编译，到签名的过程。我们这个不同的地方是多了Awb需要特殊处理，其中Awb的资源根据宿主的resource.ap_和包内资源构建，R文件由Bundle R资源和宿主R资源合并而来，然后我们对Aapt进行了修改，对每个awb分配不同的packageId，然后进行统一混淆，生产各个AWB的Dex，打包为APK，签名之后复制到libs，改名为so文件，然后合并到taobao APK. 这就是我们组件化的整个过程。

Atlas动态化

在一个容器框架内，组件化和动态化是相辅相成的，组件只是解决了解耦的问题，但我们如果想要随时发包，就必须让容器框架具备动态化能力。我们在完成了Atlas的组件化之后，做了动态化的支持。动态化的好处一个是包的大小缩减，我们可以将一些包在运行后下载到应用中，另一个是具备动态发版和修复能力。

增量动态化方案

Atlas提供了动态部署的能力，主要目标是动态业务发布，以及问题修复。它基于手淘自研差量算法，主Bundle基于ClassLoader机制，业务Bundle基于差量merge，支持全业务类型。

另外，Atlas也支持Andfix作为插件使用，目标是快速故障修复，它的原理基于Native hook，主要做方法的修改，在实际中可以两个一起用。在工程构建期适配之后，可以做到一套代码两套方案通用。

自研动态部署功能实现原理，首先，对于Dex Patch的生成，我们通过修改Dex的字节码实现，将Dex文件转为Smali，对其中的ClassDef和ClassDataMethod结构体进行分析，可以实现删除、新增、修改类，然后通过Diff处理得到差量文件，再通过Merge处理即生成补丁。

其次是整个资源Patch的生成，分为两块，一个是业务Bundle，本来是一个不断加载的过程，它实现起来会比较简单，通过Md5 diff/BSDiff即可得到。对于主Bundle，因为安卓本身有一个限制，所有的资源必须得在base包里，新增一个资源是不生效的。所以一个做法是在打包的时候预留很多空资源。另外更新已有的资源则通过资源覆盖来完成。

最后，如果新加业务的话，会新加Activity，我们的做法首先在Manifest预埋一个StubActivity，然后在Instrumentation.execStartActivity()阶段进行替换，同时配合Intent setFlag模拟Activity launch mode并继续startActivity，接着System_server进程进行处理，更新ActivityStack，创建binder，并通知ActivityThread进行实例创建，最后我们在ActivityThread的handler里面进行拦截，更新ActivityInfo等信息，创建目标Activity。

另外在工程实践上，因为补丁的生成会涉及到Dex和资源的基线，我们会在部署的时候，每次发布APK包同步发布AP（基线包）到Maven，AP基线包里是所有影响基线的文件，第一是安卓APK，第二是Mapping.txt，最后是Dependency.txt，这样的话整个构建的速度会非常的快。

所以我们这种方式，版本的升级是不同的方式。比如今天手淘的详情要更新，会发布版本，这个版本可能不是到应用市场的版本，而是一个Patch包。业务版本的动态部署，我们是同步的，5.3.0到5.3.1到5.3.2，这样一个好处是只要容器版本没有升级，只要有需求，patch就可以一直升级，而且是无感知的差量升级。

周边优化点

最后来讲讲我们的周边优化点，为什么到今天才说要开源，做的过程当中还是遇到了不少问题。

第一点是Bundle的重复资源合并。因为我们发现，因为宿主问题，必然而然会出现冲突的问题，包括图片资源，我们会放到整个宿主类目中去。

第二是Bundle的依赖校验，以前是代码的话，是编译过的，但因为今天是二进制，这个问题会遗留到现场去，所以会看看API是否会影响Bundle。

第三是类库“瘦身”，因为手淘依赖的各种中间件类库太多了，导致手淘本身很臃肿，方法数很大；所以打包的时候对类库有一个裁剪的过程，优化方法数。

第四是依赖导致的，依赖查询库。

第五是做Dex File等，进行混淆Mapping。

最后是开源准备中，我们在工程期、运行期都会去做开源，并且将机制通过云服务的方式提供出来，阿里百川会提供Atlas的研发支撑能力，包括快捷的生成，发布，回滚，监控等能力。

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