Android 模組化探索與實踐

baronzhang發表於2017-05-12
Android

前言

全球資訊網發明人 Tim Berners-Lee 談到設計原理時說過：“簡單性和模組化是軟體工程的基石；分散式和容錯性是網際網路的生命。” 由此可見模組化之於軟體工程領域的重要性。

從 2016 年開始，模組化在 Android 社群越來越多的被提及。隨著移動平臺的不斷髮展，移動平臺上的軟體慢慢走向複雜化，體積也變得臃腫龐大；為了降低大型軟體複雜性和耦合度，同時也為了適應模組重用、多團隊並行開發測試等等需求，模組化在 Android 平臺上變得勢在必行。阿里 Android 團隊在年初開源了他們的容器化框架 Atlas 就很大程度說明了當前 Android 平臺開發大型商業專案所面臨的問題。

什麼是模組化

那麼什麼是模組化呢？《 Java 應用架構設計：模組化模式與 OSGi 》一書中對它的定義是：模組化是一種處理複雜系統分解為更好的可管理模組的方式。

上面這種描述太過生澀難懂，不夠直觀。下面這種類比的方式則可能加容易理解。

我們可以把軟體看做是一輛汽車，開發一款軟體的過程就是生產一輛汽車的過程。一輛汽車由車架、發動機、變數箱、車輪等一系列模組組成；同樣，一款大型商業軟體也是由各個不同的模組組成的。

汽車的這些模組是由不同的工廠生產的，一輛 BMW 的發動機可能是由位於德國的工廠生產的，它的自動變數箱可能是 Jatco（世界三大變速箱廠商之一）位於日本的工廠生產的，車輪可能是中國的工廠生產的，最後交給華晨寶馬的工廠統一組裝成一輛完整的汽車。這就類似於我們在軟體工程領域裡說的多團隊並行開發，最後將各個團隊開發的模組統一打包成我們可使用的 App 。

一款發動機、一款變數箱都不可能只應用於一個車型，比如同一款 Jatco 的 6AT 自動變速箱既可能被安裝在 BMW 的車型上，也可能被安裝在 Mazda 的車型上。這就如同軟體開發領域裡的模組重用。

到了冬天，特別是在北方我們可能需要開著車走雪路，為了安全起見往往我們會將汽車的公路胎升級為雪地胎；輪胎可以很輕易的更換，這就是我們在軟體開發領域談到的低耦合。一個模組的升級替換不會影響到其它模組，也不會受其它模組的限制；同時這也類似於我們在軟體開發領域提到的可插拔。

模組化分層設計

上面的類比很清晰的說明的模組化帶來的好處：

  • 多團隊並行開發測試；
  • 模組間解耦、重用；
  • 可單獨編譯打包某一模組，提升開發效率。

在《安居客 Android 專案架構演進》這篇文章中，我介紹了安居客 Android 端的模組化設計方案，這裡我還是拿它來舉例。但首先要對本文中的元件和模組做個區別定義

  • 元件：指的是單一的功能元件，如地圖元件（MapSDK）、支付元件（AnjukePay）、路由元件（Router）等等；
  • 模組：指的是獨立的業務模組，如新房模組（NewHouseModule）、二手房模組（SecondHouseModule）、即時通訊模組（InstantMessagingModule）等等；模組相對於元件來說粒度更大。

具體設計方案如下圖：

Android 模組化設計方案

整個專案分為三層，從下至上分別是：

  • Basic Component Layer: 基礎元件層，顧名思義就是一些基礎元件，包含了各種開源庫以及和業務無關的各種自研工具庫；
  • Business Component Layer: 業務元件層，這一層的所有元件都是業務相關的，例如上圖中的支付元件 AnjukePay、資料模擬元件 DataSimulator 等等；
  • Business Module Layer: 業務 Module 層，在 Android Studio 中每塊業務對應一個單獨的 Module。例如安居客使用者 App 我們就可以拆分成新房 Module、二手房 Module、IM Module 等等，每個單獨的 Business Module 都必須準遵守我們自己的 MVP 架構。

我們在談模組化的時候，其實就是將業務模組層的各個功能業務拆分層獨立的業務模組。所以我們進行模組化的第一步就是業務模組劃分，但是模組劃分並沒有一個業界通用的標準，因此劃分的粒度需要根據專案情況進行合理把控，這就需要對業務和專案有較為透徹的理解。拿安居客來舉例，我們會將專案劃分為新房模組、二手房模組、IM 模組等等。

每個業務模組在 Android Studio 中的都是一個 Module ,因此在命名方面我們要求每個業務模組都以 Module 為字尾。如下圖所示：

圖片名稱

對於模組化專案，每個單獨的 Business Module 都可以單獨編譯成 APK。在開發階段需要單獨打包編譯，專案釋出的時候又需要它作為專案的一個 Module 來整體編譯打包。簡單的說就是開發時是 Application，釋出時是 Library。因此需要在 Business Module 的 build.gradle 中加入如下程式碼：

if(isBuildModule.toBoolean()){
    apply plugin: 'com.android.application'
}else{
    apply plugin: 'com.android.library'
}

isBuildModule 在專案根目錄的 gradle.properties 中定義:

> isBuildModule=false
>

同樣 Manifest.xml 也需要有兩套：

sourceSets {
   main {
       if (isBuildModule.toBoolean()) {
           manifest.srcFile 'src/main/debug/AndroidManifest.xml'
       } else {
           manifest.srcFile 'src/main/release/AndroidManifest.xml'
       }
   }
}

如圖：

圖片名稱

debug 模式下的 AndroidManifest.xml :

<application
   ...
   >
   <activity
       android:name="com.baronzhang.android.newhouse.NewHouseMainActivity"
       android:label="@string/new_house_label_home_page">
       <intent-filter>
           <action android:name="android.intent.action.MAIN" />
           <category android:name="android.intent.category.LAUNCHER" />
       </intent-filter>
   </activity>
</application>

realease 模式下的 AndroidManifest.xml :

<application
   ...
   >
   <activity
       android:name="com.baronzhang.android.newhouse.NewHouseMainActivity"
       android:label="@string/new_house_label_home_page">
       <intent-filter>
           <category android:name="android.intent.category.DEFAULT" />
           <category android:name="android.intent.category.BROWSABLE" />
           <action android:name="android.intent.action.VIEW" />
           <data android:host="com.baronzhang.android.newhouse"
               android:scheme="router" />
       </intent-filter>
   </activity>
</application>

同時針對模組化我們也定義了一些自己的遊戲規則:

  • 對於 Business Module Layer，各業務模組之間不允許存在相互依賴關係，它們之間的跳轉通訊採用路由框架 Router 來實現（後面會介紹 Router 框架的實現）;
  • 對於 Business Component Layer，單一業務元件只能對應某一項具體的業務，個性化需求對外部提供介面讓呼叫方定製;
  • 合理控制各元件和各業務模組的拆分粒度，太小的公有模組不足以構成單獨元件或者模組的，我們先放到類似於 CommonBusiness 的元件中，在後期不斷的重構迭代中視情況進行進一步的拆分;
  • 上層的公有業務或者功能模組可以逐步下放到下層，合理把握好度就好；
  • 各 Layer 間嚴禁反向依賴，橫向依賴關係由各業務 Leader 和技術小組商討決定。

模組間跳轉通訊（Router）

對業務進行模組化拆分後，為了使各業務模組間解耦，因此各個 Bussiness Module 都是獨立的模組，它們之間是沒有依賴關係。那麼各個模組間的跳轉通訊如何實現呢？

比如業務上要求從新房的列表頁跳轉到二手房的列表頁，那麼由於是 NewHouseModule 和 SecondHouseModule 之間並不相互依賴，我們通過想如下這種顯式跳轉的方式來實現 Activity 跳轉顯然是不可能的實現的。

Intent intent = new Intent(NewHouseListActivity.this, SecondHouseListActivity.class);
startActivity(intent);

有的同學可能會想到用隱式跳轉，通過 Intent 匹配規則來實現：

Intent intent = new Intent(Intent.ACTION_VIEW, "<scheme>://<host>:<port>/<path>");
startActivity(intent);

但是這種程式碼寫起來比較繁瑣，且容易出錯，出錯也不太容易定位問題。因此一個簡單易用、解放開發的路由框架是必須的了。

圖片名稱

我自己實現的路由框架分為路由（Router） 和引數注入器（Injector） 兩部分：

圖片名稱

Router 提供 Activity 跳轉傳參的功能；Injector 提供引數注入功能，通過編譯時生成程式碼的方式在 Activity 獲取獲取傳遞過來的引數，簡化開發。

Router

路由（Router）部分通過 Java 註解結合動態代理來實現，這一點和 Retrofit 的實現原理是一樣的。

首先需要定義我們自己的註解（篇幅有限，這裡只列出少部分原始碼）。

用於定義跳轉 URI 的註解 FullUri：

@Target(ElementType.METHOD)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface FullUri {
    String value();
}

用於定義跳轉傳參的 UriParam（ UriParam 註解的引數用於拼接到 URI 後面）：

@Target(ElementType.PARAMETER)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface UriParam {
    String value();
}

用於定義跳轉傳參的 IntentExtrasParam（ IntentExtrasParam 註解的引數最終通過 Intent 來傳遞）：

@Target(ElementType.PARAMETER)
@Retention(RetentionPolicy.RUNTIME)
public @interface IntentExtrasParam {
    String value();
}

然後實現 Router ,內部通過動態代理的方式來實現 Activity 跳轉：

public final class Router {
    ...
    public <T> T create(final Class<T> service) {
        return (T) Proxy.newProxyInstance(service.getClassLoader(), new Class[]{service}, new InvocationHandler() {
            @Override
            public Object invoke(Object proxy, Method method, Object[] args) throws Throwable {
                FullUri fullUri = method.getAnnotation(FullUri.class);
                StringBuilder urlBuilder = new StringBuilder();
                urlBuilder.append(fullUri.value());
                //獲取註解引數
                Annotation[][] parameterAnnotations = method.getParameterAnnotations();
                HashMap<String, Object> serializedParams = new HashMap<>();
			    //拼接跳轉 URI
                int position = 0;
                for (int i = 0; i < parameterAnnotations.length; i++) {
                    Annotation[] annotations = parameterAnnotations[i];
                    if (annotations == null || annotations.length == 0)
                        break;
                    Annotation annotation = annotations[0];
                    if (annotation instanceof UriParam) {
                        //拼接 URI 後的引數
                        ...
                    } else if (annotation instanceof IntentExtrasParam) {
                        //Intent 傳參處理
                        ...
                    }
                }
                //執行Activity跳轉操作
                performJump(urlBuilder.toString(), serializedParams);
                return null;
            }
        });
    }
	...
}

上面是 Router 實現的部分程式碼，在使用 Router 來跳轉的時候，首先需要定義一個 Interface（類似於 Retrofit 的使用方式）：

public interface RouterService {
    @FullUri("router://com.baronzhang.android.router.FourthActivity")
    void startUserActivity(@UriParam("cityName")
    		String cityName, @IntentExtrasParam("user") User user);
}

接下來我們就可以通過如下方式實現 Activity 的跳轉傳參了：

RouterService routerService = new Router(this).create(RouterService.class);
User user = new User("張三", 17, 165, 88);
routerService.startUserActivity("上海", user);

Injector

通過 Router 跳轉到目標 Activity 後，我們需要在目標 Activity 中獲取通過 Intent 傳過來的引數：

getIntent().getIntExtra("intParam", 0);
getIntent().getData().getQueryParameter("preActivity");

為了簡化這部分工作，路由框架 Router 中提供了 Injector 模組在編譯時生成上述程式碼。引數注入器（Injector）部分通過 Java 編譯時註解來實現，實現思路和 ButterKnife 這類編譯時註解框架類似。

首先定義我們的引數註解 InjectUriParam ：

@Target(ElementType.FIELD)
@Retention(RetentionPolicy.CLASS)
public @interface InjectUriParam {
    String value() default "";
}

然後實現一個註解處理器 InjectProcessor ，在編譯階段生成獲取引數的程式碼：

@AutoService(Processor.class)
public class InjectProcessor extends AbstractProcessor {
    ...
   @Override
    public boolean process(Set<? extends TypeElement> set, RoundEnvironment roundEnvironment) {
        //解析註解
        Map<TypeElement, TargetClass> targetClassMap = findAndParseTargets(roundEnvironment);
        //解析完成後，生成的程式碼的結構已經有了，它們存在InjectingClass中
        for (Map.Entry<TypeElement, TargetClass> entry : targetClassMap.entrySet()) {
            ...
        }
        return false;
    }
    ...
}

使用方式類似於 ButterKnife ，在 Activity 中我們使用 Inject 來註解一個全域性變數：

@Inject User user;

然後 onCreate 方法中需要呼叫 inject(Activity activity) 方法實現注入：

RouterInjector.inject(this);

這樣我們就可以獲取到前面通過 Router 跳轉的傳參了。

由於篇幅限制，加上為了便於理解，這裡只貼出了極少部分 Router 框架的原始碼。希望進一步瞭解 Router 實現原理的可以到 GiuHub 去翻閱原始碼，Router 的實現還比較簡陋，後面會進一步完善功能和文件，之後也會有單獨的文章詳細介紹。原始碼地址：https://github.com/BaronZ88/Router

問題及建議

資源名衝突

對於多個 Bussines Module 中資源名衝突的問題，可以通過在 build.gradle 定義字首的方式解決：

defaultConfig {
   ...
   resourcePrefix "new_house_"
   ...
}

而對於 Module 中有些資源不想被外部訪問的，我們可以建立 res/values/public.xml，新增到 public.xml 中的 resource 則可被外部訪問，未新增的則視為私有：

<resources>
    <public name="new_house_settings" type="string"/>
</resources>

重複依賴

模組化的過程中我們常常會遇到重複依賴的問題，如果是通過 aar 依賴， gradle 會自動幫我們找出新版本，而拋棄老版本的重複依賴。如果是以 project 的方式依賴，則在打包的時候會出現重複類。對於這種情況我們可以在 build.gradle 中將 compile 改為 provided，只在最終的專案中 compile 對應的 library ；

其實從前面的安居客模組化設計圖上能看出來，我們的設計方案能一定程度上規避重複依賴的問題。比如我們所有的第三方庫的依賴都會放到 OpenSoureLibraries 中，其他需要用到相關類庫的專案，只需要依賴 OpenSoureLibraries 就好了。

模組化過程中的建議

對於大型的商業專案，在重構過程中可能會遇到業務耦合嚴重，難以拆分的問題。我們需要先理清業務，再動手拆分業務模組。比如可以先在原先的專案中根據業務分包，在一定程度上將各業務解耦後拆分到不同的 package 中。比如之前新房和二手房由於同屬於 app module，因此他們之前是通過隱式的 intent 跳轉的，現在可以先將他們改為通過 Router 來實現跳轉。又比如新房和二手房中公用的模組可以先下放到 Business Component Layer 或者 Basic Component Layer 中。在這一系列工作完成後再將各個業務拆分成多個 module 。

模組化重構需要漸進式的展開，不可一觸而就，不要想著將整個專案推翻重寫。線上成熟穩定的業務程式碼，是經過了時間和大量使用者考驗的；全部推翻重寫往往費時費力，實際的效果通常也很不理想，各種問題層出不窮得不償失。對於這種專案的模組化重構，我們需要一點點的改進重構，可以分散到每次的業務迭代中去，逐步淘汰掉陳舊的程式碼。

各業務模組間肯定會有公用的部分，按照我前面的設計圖，公用的部分我們會根據業務相關性下放到業務元件層（Business Component Layer）或者基礎元件層（Common Component Layer）。對於太小的公有模組不足以構成單獨元件或者模組的，我們先放到類似於 CommonBusiness 的元件中，在後期不斷的重構迭代中視情況進行進一步的拆分。過程中完美主義可以有，切記不可過度。

以上就是我在模組化探索實踐方面的一些經驗，不住之處還望大家指出。

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