Android 模块化探索与实践

Android 模块化探索与实践

张磊张磊
首发于《程序员》杂志五月刊

一、前言

万维网发明人 Tim Berners-Lee 谈到设计原理时说过:“简单性和模块化是软件工程的基石;分布式和容错性是互联网的生命。” 由此可见模块化之于软件工程领域的重要性。

从 2016 年开始,模块化在 Android 社区越来越多的被提及。随着移动平台的不断发展,移动平台上的软件慢慢走向复杂化,体积也变得臃肿庞大;为了降低大型软件复杂性和耦合度,同时也为了适应模块重用、多团队并行开发测试等等需求,模块化在 Android 平台上变得势在必行。阿里 Android 团队在年初开源了他们的容器化框架 Atlas 就很大程度说明了当前 Android 平台开发大型商业项目所面临的问题。

二、什么是模块化

那么什么是模块化呢?《 Java 应用架构设计:模块化模式与 OSGi 》一书中对它的定义是:模块化是一种处理复杂系统分解为更好的可管理模块的方式。

上面这种描述太过生涩难懂,不够直观。下面这种类比的方式则可能加容易理解。

我们可以把软件看做是一辆汽车,开发一款软件的过程就是生产一辆汽车的过程。一辆汽车由车架、发动机、变数箱、车轮等一系列模块组成;同样,一款大型商业软件也是由各个不同的模块组成的。

汽车的这些模块是由不同的工厂生产的,一辆 BMW 的发动机可能是由位于德国的工厂生产的,它的自动变数箱可能是 Jatco(世界三大变速箱厂商之一)位于日本的工厂生产的,车轮可能是中国的工厂生产的,最后交给华晨宝马的工厂统一组装成一辆完整的汽车。这就类似于我们在软件工程领域里说的多团队并行开发,最后将各个团队开发的模块统一打包成我们可使用的 App 。

一款发动机、一款变数箱都不可能只应用于一个车型,比如同一款 Jatco 的 6AT 自动变速箱既可能被安装在 BMW 的车型上,也可能被安装在 Mazda 的车型上。这就如同软件开发领域里的模块重用。

到了冬天,特别是在北方我们可能需要开着车走雪路,为了安全起见往往我们会将汽车的公路胎升级为雪地胎;轮胎可以很轻易的更换,这就是我们在软件开发领域谈到的低耦合。一个模块的升级替换不会影响到其它模块,也不会受其它模块的限制;同时这也类似于我们在软件开发领域提到的可插拔。

三、模块化分层设计

上面的类比很清晰的说明的模块化带来的好处:

  • 多团队并行开发测试;
  • 模块间解耦、重用;
  • 可单独编译打包某一模块,提升开发效率。

《安居客 Android 项目架构演进》这篇文章中,我介绍了安居客 Android 端的模块化设计方案,这里我还是拿它来举例。但首先要对本文中的组件模块做个区别定义

  • 组件:指的是单一的功能组件,如地图组件(MapSDK)、支付组件(AnjukePay)、路由组件(Router)等等;

  • 模块:指的是独立的业务模块,如新房模块(NewHouseModule)、二手房模块(SecondHouseModule)、即时通讯模块(InstantMessagingModule)等等;模块相对于组件来说粒度更大。

具体设计方案如下图:

整个项目分为三层,从下至上分别是:

  • Basic Component Layer: 基础组件层,顾名思义就是一些基础组件,包含了各种开源库以及和业务无关的各种自研工具库;
  • Business Component Layer: 业务组件层,这一层的所有组件都是业务相关的,例如上图中的支付组件 AnjukePay、数据模拟组件 DataSimulator 等等;
  • Business Module Layer: 业务 Module 层,在 Android Studio 中每块业务对应一个单独的 Module。例如安居客用户 App 我们就可以拆分成新房 Module、二手房 Module、IM Module 等等,每个单独的 Business Module 都必须准遵守我们自己的 MVP 架构。

我们在谈模块化的时候,其实就是将业务模块层的各个功能业务拆分层独立的业务模块。所以我们进行模块化的第一步就是业务模块划分,但是模块划分并没有一个业界通用的标准,因此划分的粒度需要根据项目情况进行合理把控,这就需要对业务和项目有较为透彻的理解。拿安居客来举例,我们会将项目划分为新房模块、二手房模块、IM 模块等等。

每个业务模块在 Android Studio 中的都是一个 Module ,因此在命名方面我们要求每个业务模块都以 Module 为后缀。如下图所示:



对于模块化项目,每个单独的 Business Module 都可以单独编译成 APK。在开发阶段需要单独打包编译,项目发布的时候又需要它作为项目的一个 Module 来整体编译打包。简单的说就是开发时是 Application,发布时是 Library。因此需要在 Business Module 的 build.gradle 中加入如下代码:

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

isBuildModule 在项目根目录的 gradle.properties 中定义:

isBuildModule=false

同样 Manifest.xml 也需要有两套:

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

如图:


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>

同时针对模块化我们也定义了一些自己的游戏规则:

  • 对于 Business Module Layer,各业务模块之间不允许存在相互依赖关系,它们之间的跳转通讯采用路由框架 Router 来实现(后面会介绍 Router 框架的实现);
  • 对于 Business Component Layer,单一业务组件只能对应某一项具体的业务,个性化需求对外部提供接口让调用方定制;
  • 合理控制各组件和各业务模块的拆分粒度,太小的公有模块不足以构成单独组件或者模块的,我们先放到类似于 CommonBusiness 的组件中,在后期不断的重构迭代中视情况进行进一步的拆分;
  • 上层的公有业务或者功能模块可以逐步下放到下层,合理把握好度就好;
  • 各 Layer 间严禁反向依赖,横向依赖关系由各业务 Leader 和技术小组商讨决定。

四、模块间跳转通讯(Router)

对业务进行模块化拆分后,为了使各业务模块间解耦,因此各个 Bussiness Module 都是独立的模块,它们之间是没有依赖关系。那么各个模块间的跳转通讯如何实现呢?

比如业务上要求从新房的列表页跳转到二手房的列表页,那么由于是 NewHouseModule 和 SecondHouseModule 之间并不相互依赖,我们通过想如下这种显式跳转的方式来实现 Activity 跳转显然是不可能的实现的。

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

有的同学可能会想到用隐式跳转,通过 Intent 匹配规则来实现:

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

但是这种代码写起来比较繁琐,且容易出错,出错也不太容易定位问题。因此一个简单易用、解放开发的路由框架是必须的了。


我自己实现的路由框架分为路由(Router)参数注入器(Injector)两部分:


Router 提供 Activity 跳转传参的功能;Injector 提供参数注入功能,通过编译时生成代码的方式在 Activity 获取获取传递过来的参数,简化开发。

4.1 Router

路由(Router)部分通过 Java 注解结合动态代理来实现,这一点和 Retrofit 的实现原理是一样的。

首先需要定义我们自己的注解(篇幅有限,这里只列出少部分源码)。

用于定义跳转 URI 的注解 FullUri:

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

用于定义跳转传参的 UriParam( UriParam 注解的参数用于拼接到 URI 后面):

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

用于定义跳转传参的 IntentExtrasParam( IntentExtrasParam 注解的参数最终通过 Intent 来传递):

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

然后实现 Router ,内部通过动态代理的方式来实现 Activity 跳转:

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());
                //获取注解参数
                Annotation[][] parameterAnnotations = method.getParameterAnnotations();
                HashMap<String, Object> serializedParams = new HashMap<>();
                //拼接跳转 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 后的参数
                        ...
                    } else if (annotation instanceof IntentExtrasParam) {
                        //Intent 传参处理
                        ...
                    }
                }
                //执行Activity跳转操作
                performJump(urlBuilder.toString(), serializedParams);
                return null;
            }
        });
    }
    ...
}

上面是 Router 实现的部分代码,在使用 Router 来跳转的时候,首先需要定义一个 Interface(类似于 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);
    
}

接下来我们就可以通过如下方式实现 Activity 的跳转传参了:

RouterService routerService = new Router(this).create(RouterService.class);
 
User user = new User("张三", 17, 165, 88);
routerService.startUserActivity("上海", user);

4.2 Injector

通过 Router 跳转到目标 Activity 后,我们需要在目标 Activity 中获取通过 Intent 传过来的参数:

getIntent().getIntExtra("intParam", 0);

getIntent().getData().getQueryParameter("preActivity");

为了简化这部分工作,路由框架 Router 中提供了 Injector 模块在编译时生成上述代码。参数注入器(Injector)部分通过 Java 编译时注解来实现,实现思路和 ButterKnife 这类编译时注解框架类似。

首先定义我们的参数注解 InjectUriParam :

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

然后实现一个注解处理器 InjectProcessor ,在编译阶段生成获取参数的代码:

@AutoService(Processor.class)
public class InjectProcessor extends AbstractProcessor {
    ...
   @Override
    public boolean process(Set<? extends TypeElement> set, RoundEnvironment roundEnvironment) {

        //解析注解
        Map<TypeElement, TargetClass> targetClassMap = findAndParseTargets(roundEnvironment);

        //解析完成后,生成的代码的结构已经有了,它们存在InjectingClass中
        for (Map.Entry<TypeElement, TargetClass> entry : targetClassMap.entrySet()) {
            ...
        }
        return false;
    }
    ...
}

使用方式类似于 ButterKnife ,在 Activity 中我们使用 Inject 来注解一个全局变量:

@Inject User user;

然后 onCreate 方法中需要调用 inject(Activity activity) 方法实现注入:

RouterInjector.inject(this);

这样我们就可以获取到前面通过 Router 跳转的传参了。

由于篇幅限制,加上为了便于理解,这里只贴出了极少部分 Router 框架的源码。希望进一步了解 Router 实现原理的可以到 GiuHub 去翻阅源码,Router 的实现还比较简陋,后面会进一步完善功能和文档,之后也会有单独的文章详细介绍。源码地址:BaronZ88/Router

五、问题及建议

5.1 资源名冲突

对于多个 Bussines Module 中资源名冲突的问题,可以通过在 build.gradle 定义前缀的方式解决:

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

而对于 Module 中有些资源不想被外部访问的,我们可以创建 res/values/public.xml,添加到 public.xml 中的 resource 则可被外部访问,未添加的则视为私有:

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

5.2 重复依赖

模块化的过程中我们常常会遇到重复依赖的问题,如果是通过 aar 依赖, gradle 会自动帮我们找出新版本,而抛弃老版本的重复依赖。如果是以 project 的方式依赖,则在打包的时候会出现重复类。对于这种情况我们可以在 build.gradle 中将 compile 改为 provided,只在最终的项目中 compile 对应的 library ;

其实从前面的安居客模块化设计图上能看出来,我们的设计方案能一定程度上规避重复依赖的问题。比如我们所有的第三方库的依赖都会放到 OpenSoureLibraries 中,其他需要用到相关类库的项目,只需要依赖 OpenSoureLibraries 就好了。

5.3 模块化过程中的建议

对于大型的商业项目,在重构过程中可能会遇到业务耦合严重,难以拆分的问题。我们需要先理清业务,再动手拆分业务模块。比如可以先在原先的项目中根据业务分包,在一定程度上将各业务解耦后拆分到不同的 package 中。比如之前新房和二手房由于同属于 app module,因此他们之前是通过隐式的 intent 跳转的,现在可以先将他们改为通过 Router 来实现跳转。又比如新房和二手房中公用的模块可以先下放到 Business Component Layer 或者 Basic Component Layer 中。在这一系列工作完成后再将各个业务拆分成多个 module 。

模块化重构需要渐进式的展开,不可一触而就,不要想着将整个项目推翻重写。线上成熟稳定的业务代码,是经过了时间和大量用户考验的;全部推翻重写往往费时费力,实际的效果通常也很不理想,各种问题层出不穷得不偿失。对于这种项目的模块化重构,我们需要一点点的改进重构,可以分散到每次的业务迭代中去,逐步淘汰掉陈旧的代码。

各业务模块间肯定会有公用的部分,按照我前面的设计图,公用的部分我们会根据业务相关性下放到业务组件层(Business Component Layer)或者基础组件层(Common Component Layer)。对于太小的公有模块不足以构成单独组件或者模块的,我们先放到类似于 CommonBusiness 的组件中,在后期不断的重构迭代中视情况进行进一步的拆分。过程中完美主义可以有,切记不可过度。

以上就是我在模块化探索实践方面的一些经验,不住之处还望大家指出。

参考资料:

滴滴国际化项目 Android 端演进
Android 业务组件化开发实践
github.com/MDCC2016/And

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郝二
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