Android包管理機制（一） PackageInstaller的初始化

前言

包管理機制是Android中的重要機制，是應用開發和系統開發需要掌握的知識點之一。
包指的是Apk、jar和so文件等等，它們被加載到Android內存中，由一個包轉變成可執行的代碼，這就需要一個機制來進行包的加載、解析、管理等操作，這就是包管理機制。包管理機制由許多類一起組成，其中核心爲PackageManagerService（PMS）,它負責對包進行管理，如果直接講PMS會比較難以理解，因此我們需要一個切入點，這個切入點就是常見的APK的安裝。
講到APK的安裝之前，先了解下PackageManager、APK文件結構和安裝方式。

1.PackageManager簡介

與ActivityManager和AMS的關係類似，PMS也有一個對應的管理類PackageManager，用於嚮應用程序進程提供一些功能。PackageManager是一個抽象類，它的具體實現類爲ApplicationPackageManager，ApplicationPackageManager中的方法會通過IPackageManager與AMS進行進程間通信，因此PackageManager所提供的功能最終是由PMS來實現的，這麼設計的主要用意是爲了避免系統服務PMS直接被訪問。PackageManager提供了一些功能，主要有以下幾點：
1. 獲取一個應用程序的所有信息（ApplicationInfo）。
2. 獲取四大組件的信息。
3. 查詢permission相關信息。
4. 獲取包的信息。
5. 安裝、卸載APK.

2.APK文件結構和安裝方式

APK是AndroidPackage的縮寫，即Android安裝包，它實際上是zip格式的壓縮文件，一般情況下，解壓後的文件結構如下表所示。

目錄/文件	描述
assert	存放的原生資源文件,通過AssetManager類訪問。
lib	存放庫文件。
META-INF	保存應用的簽名信息，簽名信息可以驗證APK文件的完整性。
res	存放資源文件。res中除了raw子目錄，其他的子目錄都參與編譯，這些子目錄下的資源是通過編譯出的R類在代碼中訪問。
AndroidManifest.xml	用來聲明應用程序的包名稱、版本、組件和權限等數據。 apk中的AndroidManifest.xml經過壓縮，可以通過AXMLPrinter2工具解開。
classes.dex	Java源碼編譯後生成的Java字節碼文件。
resources.arsc	編譯後的二進制資源文件。

APK的安裝方式主要有以下2種：
- 通過adb命令安裝：adb 命令包括adb push/install
- 通過系統安裝器packageinstaller進行安裝：packageinstaller是系統內置的應用程序，用於安裝和卸載應用程序。

這兩種方式最終都會調用PMS的scanPackageDirtyLI方法用來解析包，在此之前的調用鏈是不同的，本篇文章會介紹第二種方式，對於用戶來說，這是最常用的安裝方式；對於開發者來說，這是調用鏈最長的安裝方式，能學到的更多。

3.尋找PackageInstaller入口

在Android7.0之前我們可以通過如下代碼安裝指定路徑中的APK。

Intent intent = new Intent(Intent.ACTION_VIEW);
intent.addFlags(Intent.FLAG_ACTIVITY_NEW_TASK);
intent.setDataAndType(Uri.parse("file://" + path),"application/vnd.android.package-archive");
context.startActivity(intent);

但是Android7.0或更高版本再這麼做，就會報FileUriExposedException異常。這是因爲StrictMode API 政策禁止應用程序將file:// Uri暴露給另一個應用程序，如果包含file:// Uri的 intent 離開你的應用，就會報FileUriExposedException 異常。爲了解決這個問題，谷歌提供了FileProvider，FileProvider繼承自ContentProvider ，使用它可以將file://Uri替換爲content://Uri，具體怎麼使用FileProvider並不是本文的重點，只要知道無論是Android7.0之前還是Android7.0以及更高版本，都會調用如下代碼：

Intent intent = new Intent(Intent.ACTION_VIEW);
intent.setDataAndType(xxxxx, "application/vnd.android.package-archive");

Intent的Action屬性爲ACTION_VIEW，Type屬性指定Intent的數據類型爲application/vnd.android.package-archive。
能隱式匹配的Activity爲InstallStart，需要注意的是，這裏分析的源碼基於Android8.0，7.0能隱式匹配的Activity爲PackageInstallerActivity。
packages/apps/PackageInstaller/AndroidManifest.xml

 <activity android:name=".InstallStart"
                android:exported="true"
                android:excludeFromRecents="true">
            <intent-filter android:priority="1">
                <action android:name="android.intent.action.VIEW" />
                <action android:name="android.intent.action.INSTALL_PACKAGE" />
                <category android:name="android.intent.category.DEFAULT" />
                <data android:scheme="file" />
                <data android:scheme="content" />
                <data android:mimeType="application/vnd.android.package-archive" />
            </intent-filter>
         ...
        </activity>

InstallStart是PackageInstaller中的入口Activity，其中PackageInstaller是系統內置的應用程序，用於安裝和卸載應用。當我們調用PackageInstaller來安裝應用時會跳轉到InstallStart，並調用它的onCreate方法：
packages/apps/PackageInstaller/src/com/android/packageinstaller/InstallStart.java

  @Override
    protected void onCreate(@Nullable Bundle savedInstanceState) {
           if (PackageInstaller.ACTION_CONFIRM_PERMISSIONS.equals(intent.getAction())) {//1
            nextActivity.setClass(this, PackageInstallerActivity.class);
        } else {
            Uri packageUri = intent.getData();
            if (packageUri == null) {//2
                Intent result = new Intent();
                result.putExtra(Intent.EXTRA_INSTALL_RESULT,
                        PackageManager.INSTALL_FAILED_INVALID_URI);
                setResult(RESULT_FIRST_USER, result);
                nextActivity = null;
            } else {
                if (packageUri.getScheme().equals(SCHEME_CONTENT)) {//3
                    nextActivity.setClass(this, InstallStaging.class);
                } else {
                    nextActivity.setClass(this, PackageInstallerActivity.class);
                }
            }
        }
        if (nextActivity != null) {
            startActivity(nextActivity);
        }
        finish();
    }

註釋1處判斷Intent的Action是否爲CONFIRM_PERMISSIONS，根據本文的應用情景顯然不是，接着往下看，註釋2處判斷packageUri 是否爲空也不成立，註釋3處，判斷Uri的Scheme協議是否是content，如果是就跳轉到InstallStaging，如果不是就跳轉到PackageInstallerActivity。本文的應用情景中，Android7.0以及更高版本我們會使用FileProvider來處理URI ，FileProvider會隱藏共享文件的真實路徑，將路徑轉換成content://Uri路徑，這樣就會跳轉到InstallStaging。InstallStaging的onResume方法如下所示。

packages/apps/PackageInstaller/src/com/android/packageinstaller/InstallStaging.java

  @Override
    protected void onResume() {
        super.onResume();
        if (mStagingTask == null) {
            if (mStagedFile == null) {
                try {
                    mStagedFile = TemporaryFileManager.getStagedFile(this);//1
                } catch (IOException e) {
                    showError();
                    return;
                }
            }
            mStagingTask = new StagingAsyncTask();
            mStagingTask.execute(getIntent().getData());//2
        }
    }

註釋1處如果File類型的mStagedFile 爲null，則創建mStagedFile ，mStagedFile用於存儲臨時數據。 註釋2處啓動StagingAsyncTask，並傳入了content協議的Uri，如下所示。
packages/apps/PackageInstaller/src/com/android/packageinstaller/InstallStaging.java

 private final class StagingAsyncTask extends AsyncTask<Uri, Void, Boolean> {
        @Override
        protected Boolean doInBackground(Uri... params) {
            if (params == null || params.length <= 0) {
                return false;
            }
            Uri packageUri = params[0];
            try (InputStream in = getContentResolver().openInputStream(packageUri)) {
                if (in == null) {
                    return false;
                }
                try (OutputStream out = new FileOutputStream(mStagedFile)) {
                    byte[] buffer = new byte[4096];
                    int bytesRead;
                    while ((bytesRead = in.read(buffer)) >= 0) {
                        if (isCancelled()) {
                            return false;
                        }
                        out.write(buffer, 0, bytesRead);
                    }
                }
            } catch (IOException | SecurityException e) {
                Log.w(LOG_TAG, "Error staging apk from content URI", e);
                return false;
            }
            return true;
        }
        @Override
        protected void onPostExecute(Boolean success) {
            if (success) {
                Intent installIntent = new Intent(getIntent());
                installIntent.setClass(InstallStaging.this, PackageInstallerActivity.class);
                installIntent.setData(Uri.fromFile(mStagedFile));
                installIntent
                        .setFlags(installIntent.getFlags() & ~Intent.FLAG_ACTIVITY_FORWARD_RESULT);
                installIntent.addFlags(Intent.FLAG_ACTIVITY_NO_ANIMATION);
                startActivityForResult(installIntent, 0);
            } else {
                showError();
            }
        }
    }
}

doInBackground方法中將packageUri（content協議的Uri）的內容寫入到mStagedFile中，如果寫入成功，onPostExecute方法中會跳轉到PackageInstallerActivity中，並將mStagedFile傳進去。繞了一圈又回到了PackageInstallerActivity，這裏可以看出InstallStaging主要起了轉換的作用，將content協議的Uri轉換爲File協議，然後跳轉到PackageInstallerActivity，這樣就可以像此前版本（Android7.0之前）一樣啓動安裝流程了。

4.PackageInstallerActivity解析

從功能上來說，PackageInstallerActivity纔是應用安裝器PackageInstaller真正的入口Activity，PackageInstallerActivity的onCreate方法如下所示。
packages/apps/PackageInstaller/src/com/android/packageinstaller/PackageInstallerActivity.java

    @Override
    protected void onCreate(Bundle icicle) {
        super.onCreate(icicle);
        if (icicle != null) {
            mAllowUnknownSources = icicle.getBoolean(ALLOW_UNKNOWN_SOURCES_KEY);
        }
        mPm = getPackageManager();
        mIpm = AppGlobals.getPackageManager();
        mAppOpsManager = (AppOpsManager) getSystemService(Context.APP_OPS_SERVICE);
        mInstaller = mPm.getPackageInstaller();
        mUserManager = (UserManager) getSystemService(Context.USER_SERVICE);
        ...
        //根據Uri的Scheme進行預處理
        boolean wasSetUp = processPackageUri(packageUri);//1
        if (!wasSetUp) {
            return;
        }
        bindUi(R.layout.install_confirm, false);
        //判斷是否是未知來源的應用，如果開啓允許安裝未知來源選項則直接初始化安裝
        checkIfAllowedAndInitiateInstall();//2
    }

首先初始話安裝所需要的各種對象，比如PackageManager、IPackageManager、AppOpsManager和UserManager等等，它們的描述如下表所示。

類名	描述
PackageManager	用於嚮應用程序進程提供一些功能，最終的功能是由PMS來實現的
IPackageManager	一個AIDL的接口，用於和PMS進行進程間通信
AppOpsManager	用於權限動態檢測,在Android4.3中被引入
PackageInstaller	提供安裝、升級和刪除應用程序功能
UserManager	用於多用戶管理

註釋1處的processPackageUri方法如下所示。
packages/apps/PackageInstaller/src/com/android/packageinstaller/PackageInstallerActivity.java

   private boolean processPackageUri(final Uri packageUri) {
        mPackageURI = packageUri;
        final String scheme = packageUri.getScheme();//1
        switch (scheme) {
            case SCHEME_PACKAGE: {
                try {
                 ...
            } break;
            case SCHEME_FILE: {
                File sourceFile = new File(packageUri.getPath());//1
                //得到sourceFile的包信息
                PackageParser.Package parsed = PackageUtil.getPackageInfo(this, sourceFile);//2
                if (parsed == null) {
                    Log.w(TAG, "Parse error when parsing manifest. Discontinuing installation");
                    showDialogInner(DLG_PACKAGE_ERROR);
                    setPmResult(PackageManager.INSTALL_FAILED_INVALID_APK);
                    return false;
                }
                //對parsed進行進一步處理得到包信息PackageInfo
                mPkgInfo = PackageParser.generatePackageInfo(parsed, null,
                        PackageManager.GET_PERMISSIONS, 0, 0, null,
                        new PackageUserState());//3
                mAppSnippet = PackageUtil.getAppSnippet(this, mPkgInfo.applicationInfo, sourceFile);
            } break;
            default: {
                Log.w(TAG, "Unsupported scheme " + scheme);
                setPmResult(PackageManager.INSTALL_FAILED_INVALID_URI);
                finish();
                return false;
            }
        }
        return true;
    }

首先在註釋1處得到packageUri的Scheme協議，接着根據這個Scheme協議分別對package協議和file協議進行處理，如果不是這兩個協議就會關閉PackageInstallerActivity並return false。我們主要來看file協議的處理，註釋1處根據packageUri創建一個新的File。註釋2處的內部會用PackageParser的parsePackage方法解析這個File（這個File其實是APK文件），得到APK的包信息Package ，Package包含了該APK的所有信息。註釋3處會將Package根據uid、用戶狀態信息和PackageManager的配置等變量對包信息Package做進一步處理得到PackageInfo。
回到PackageInstallerActivity的onCreate方法的註釋2處，checkIfAllowedAndInitiateInstall方法如下所示。
packages/apps/PackageInstaller/src/com/android/packageinstaller/PackageInstallerActivity.java

 private void checkIfAllowedAndInitiateInstall() {
        //判斷如果允許安裝未知來源或者根據Intent判斷得出該APK不是未知來源
        if (mAllowUnknownSources || !isInstallRequestFromUnknownSource(getIntent())) {//1
            //初始化安裝
            initiateInstall();//2
            return;
        }
        // 如果管理員限制來自未知源的安裝, 就彈出提示Dialog或者跳轉到設置界面
        if (isUnknownSourcesDisallowed()) {
            if ((mUserManager.getUserRestrictionSource(UserManager.DISALLOW_INSTALL_UNKNOWN_SOURCES,
                    Process.myUserHandle()) & UserManager.RESTRICTION_SOURCE_SYSTEM) != 0) {    
                showDialogInner(DLG_UNKNOWN_SOURCES_RESTRICTED_FOR_USER);
                return;
            } else {
                startActivity(new Intent(Settings.ACTION_SHOW_ADMIN_SUPPORT_DETAILS));
                finish();
            }
        } else {
            handleUnknownSources();//3
        }
    }

註釋1處判斷允許安裝未知來源或者根據Intent判斷得出該APK不是未知來源，就調用註釋2處的initiateInstall方法來初始化安裝。如果管理員限制來自未知源的安裝, 就彈出提示Dialog或者跳轉到設置界面，否則就調用註釋3處的handleUnknownSources方法來處理未知來源的APK。註釋2處的initiateInstall方法如下所示。
packages/apps/PackageInstaller/src/com/android/packageinstaller/PackageInstallerActivity.java

  private void initiateInstall() {
        String pkgName = mPkgInfo.packageName;//1
        String[] oldName = mPm.canonicalToCurrentPackageNames(new String[] { pkgName });
        if (oldName != null && oldName.length > 0 && oldName[0] != null) {
            pkgName = oldName[0];
            mPkgInfo.packageName = pkgName;
            mPkgInfo.applicationInfo.packageName = pkgName;
        }
        try {
            //根據包名獲取應用程序信息
            mAppInfo = mPm.getApplicationInfo(pkgName,
                    PackageManager.MATCH_UNINSTALLED_PACKAGES);//2
            if ((mAppInfo.flags&ApplicationInfo.FLAG_INSTALLED) == 0) {
                mAppInfo = null;
            }
        } catch (NameNotFoundException e) {
            mAppInfo = null;
        }
        //初始化安裝確認界面
        startInstallConfirm();//3
    }

註釋1處得到包名，註釋2處根據包名獲取獲取應用程序信息ApplicationInfo。註釋3處的startInstallConfirm方法如下所示。
packages/apps/PackageInstaller/src/com/android/packageinstaller/PackageInstallerActivity.java

   private void startInstallConfirm() {
       //省略初始化界面代碼
        ...
        AppSecurityPermissions perms = new AppSecurityPermissions(this, mPkgInfo);//1
        final int N = perms.getPermissionCount(AppSecurityPermissions.WHICH_ALL);
        if (mAppInfo != null) {
            msg = (mAppInfo.flags & ApplicationInfo.FLAG_SYSTEM) != 0
                    ? R.string.install_confirm_question_update_system
                    : R.string.install_confirm_question_update;
            mScrollView = new CaffeinatedScrollView(this);
            mScrollView.setFillViewport(true);
            boolean newPermissionsFound = false;
            if (!supportsRuntimePermissions) {
                newPermissionsFound =
                        (perms.getPermissionCount(AppSecurityPermissions.WHICH_NEW) > 0);
                if (newPermissionsFound) {
                    permVisible = true;
                    mScrollView.addView(perms.getPermissionsView(
                            AppSecurityPermissions.WHICH_NEW));//2
                }
            }
        ...
    }

startInstallConfirm方法中首先初始化安裝確認界面，就是我們平常安裝APK時出現的界面，界面上有確認和取消按鈕並會列出安裝該APK需要訪問的系統權限。需要注意的是，不同廠商定製的Android系統會有不同的安裝確認界面。
註釋1處會創建AppSecurityPermissions，它會提取出APK中權限信息並展示出來，這個負責展示的View是AppSecurityPermissions的內部類PermissionItemView。註釋2處調用AppSecurityPermissions的getPermissionsView方法來獲取PermissionItemView，並將PermissionItemView添加到CaffeinatedScrollView中，這樣安裝該APK需要訪問的系統權限就可以全部的展示出來了，PackageInstaller的初始化工作就完成了。

5.總結

現在來總結下PackageInstaller初始化的過程：
1. 根據Uri的Scheme協議不同，跳轉到不同的界面，content協議跳轉到InstallStart，其他的跳轉到PackageInstallerActivity。本文應用場景中，如果是Android7.0以及更高版本會跳轉到InstallStart。
2. InstallStart將content協議的Uri轉換爲File協議，然後跳轉到PackageInstallerActivity。
3. PackageInstallerActivity會分別對package協議和file協議的Uri進行處理，如果是file協議會解析APK文件得到包信息PackageInfo。
4. PackageInstallerActivity中會對未知來源進行處理，如果允許安裝未知來源或者根據Intent判斷得出該APK不是未知來源，就會初始化安裝確認界面，如果管理員限制來自未知源的安裝, 就彈出提示Dialog或者跳轉到設置界面。

PackageInstaller的初始化就講到這，關於PackageInstaller的安裝APK的過程會在本系列的下一篇文章進行講解。

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