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Android Studio Instant Run的工作原理窥探

netkiller 2021-01-16
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Instant Run，Android Studio的一个功能，它能在编码、测试或者调试等阶段减少增量修改代码的build和deploy时间。本文会从以下3个方面来阐述：

  1. Instant Run的目标是什么

  2. Hot Swap，Warm Swap，Cold Swap的概念

  3. 当我们点击Run或者Debug时，发生了什么

  4. 需要记住的几个要点



一个典型的build周期流程图如下：

Instant Run想达到的目的其实很简单：

尽可能多地删除上面的一些步骤，并让其余步骤尽可能的加快速度

说点人话，就是：

  1. 只build和deploy增量修改

  2. 不用重装APP

  3. 不用重启应用

  4. 甚至都不用重启activity


2、Hot Swap，Warm Swap，Cold Swap的概念：

Hot Swap（热交换，翻译可能不是很准确，大家能意会其意思即可）：

增量的修改代码可以在无需重启应用、甚至都无需重启当前activity的情况下生效，函数内部的大多数简单的改动，可以用这种方式。


Warm Swap（这里不翻译，以免产生误解，明白hot 和warm的区别就行，如果不明白，那一定知道热水和温水的区别）：

需要重启Activity，新的修改才会体现。通常用于资源改动的场景，比如改了字符串、图标等等


Cold Swap（冷交换）：

整个APP被重启（像冷启动，但仍然没有重新安装）。用于比如继承或者方法签名这种结构上发生了变化的场景

3、当我们点击run或者debug时，会有以下事情发生：

  1. Manifest文件跟资源一起合并、并打包成一个APK。同样，java文件被编译成字节码，然后转换成dex文件，也包含在APK中

  2. 当Instant Run被启用的前提下，第一次点击run或者debug时，Gradle会执行一些附加任务：字节码instrumentation被添加到class文件中，一个新的App Server class被注入到APP里面

  3. 一个新的Application类定义也被添加，该类定义会注入自定义类加载器，然后会启动App Server。从而，Manifest文件被修改、以确保APP使用它（如果你创建了你自己的Application类，Instant Run会处理你的Application）

那么现在Instant Run正在运行，如果你改了代码，再次点击run或debug，它会使用前面提到的Hot Swap、Warm Swap或者Cold Swap尽可能快捷的完成整个build过程。

注意：Instant Run运行修改之前，Android Studio会检查在一个Instant Run被启用版本的APP里面、有一个连接了APP Server的Socket处于open状态。它主要是确认这个APP正在前台运行，而且它的build ID也是Android Studio所期望的那个版本

我们再来详细看看前面提到的 Hot Swap, Warm Swap和Cold Swap：

1、Hot Swapping（热交换）：

在我们开发过程中，Android Studio会监控那些被修改的文件，然后运行一个自定义的Gradle任务，只为那些修改过的class生成dex文件。

这些新生成的dex文件被Android Studio挑拣出来，deploy到App Server（运行在我们APP里面的那个APP Server）中。

由于这些class的原始版本已经存在于正在运行的APP实例中 — Gradle已经转换了被更新过的版本，这样它们就可以有效的覆盖那些之前已存在的class，那些被转换过的、被更新过的class随后又被使用了自定义类加载器的App Server去加载。
此时，每当一个函数被调用时（APP内的任何一个地方），注入到我们原始class文件中的工具都会与App Server进行通信，来检查它们是否有更新。

如果有更新，执行会被委托给这些新的“override”类，而新的、被修改过的函数就会代替执行。如果你设置断点进行调试，可以在stack trace中看到以“override”命名的类的方法调用。

2、Warm Swapping：

warm swap会重启Activity，资源是在Activity启动时加载的，因此，修改资源后，需要重启Activity来强制重新加载资源。

目前，对任何资源的修改都会导致所有资源被重新打包、然后传输到APP里面，但Google的Android团队正在开发一个增量打包器（incremental packager），该增量打包器将只打包和deploy新的或者被修改过的资源，这点很期待！

注意：warm swap不适用于manifest本身或者manifest内所引用的资源的修改，因为Manifest里面的值是在安装APK时就被读取的，对manifest（或者manifest引用的资源）的修改会触发全量build和deploy。

遗憾的是，重启Activity也不会带来结构上的变化。添加、移除或修改注解、字段、静态方法或实例方法的签名、修改父类或静态初始化器等，都需要Cold Swap。

3、Cold Swap（冷交换）：

APP部署后，它和它的子项目会被分成最多10个slice，每个slice都有它自己的dex文件；class基于它们的包名被分配到slice中。在cold swap启用时，一个被修改过的类会要求同一个slice中的所有其他类进行重新dex，之后这个slice才会被deploy到目标设备中。
这种方法是依赖于“Android Runtime能够加载多个dex文件”的能力，这是ART引入的一个特性，只有在Android 5.0 （API Level 21）及以上的设备才支持。对于运行API Level 20或更低的目标设备 — 可能使用的是DALVIK runtime，Android Studio部署的是完整APK。
代码修改虽然可以通过Hot Swap生效，但是当APP首次运行时，这些修改会影响之前正在运行的初始化器，还是需要重启APP才能使修改生效。

4、关于Instant Run，我们需要记住的几个要点

  1. 调整分配给Gradle进程的资源：如果你通过修改gradle.properties文件中的jvmargs参数，给Gradle Daemon JVM分配了至少2 gig，那么dex-in-process会被启用，这会明显提高所有build的速度：包括Instant Run、full build、clean build。你需要进行测试、并观察对build时间的影响，以便找到一个比较合适的值

  2. manifest文件的修改会触发全量build和deploy周期，所以，如果你的build过程会自动更新manifest里面的内容（比如自动迭代versionCode或versionName），那么你可能要在debug的构建参数中禁用该行为

  3. Instant Run目前只检测主进程，所以如果你的APP有多个进程，在其他进程上的Hot Swap和Warm Swap将会降级为Cold Swap，或者当你的API级别低于21时，会变成全量build

  4. 如果是在Windows上，Windows Defender Real-Time Protection可能会导致Instant Run变慢，可以把你的项目文件夹添加到Windows Defender的例外情况列表中来规避这个问题

  5. 目前看，Instant Run不支持Jack编译器、Instrumentation Tests，也不支持同时deploy到多个设备

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