Android端埋点自动采集技术原理剖析

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（作者：qingliang_hu）

定义

APP 埋点主动采集是指用户在 APP 内的操作行为主动采集并上报日志，其体现在 APP 上的元素（按钮、图片等）的行为次要分为点击和曝光行为 。
其中曝光意为该元素在可视区域停留时长达到肯定阈值，即标记为一次曝光行为。
本文次要定位为对 Andorid 端外部主动采集技术的原理分析。

外围原理

支流的 Android 端的事件监听机制次要有 Listener 代理，Hook，AccessibilityDelegate，dispatchTouchEvent 四种监听形式，上面将简要总结四种形式的具体实现。
（此处不介绍采纳 AspectJ 框架编译期注入代码形式实现监听，次要起因在于此形式相对而言太暴力，业务侵入性太强，很难在业务方 APP 上进行推广和实现，感兴趣的可自行 Google/Baidu。）

Listener 代理
在 Android 中，对于事件的监听及逻辑解决次要通过对 View.onClickListener 中的 onClick 办法进行覆写，如

View saveView = findViewById(R.id.btnSave);
saveView.setOnClickListener(new OnClickListener() {

@Override
public void onClick(View v) {

//TO DO

}
});

因而，能够通过自定义监听代理类 ProxyListener，实现 View.OnClickListener 中的 onClick 办法，将控件的 onClickListener 对立替换成 ProxyListener，从而实现点击监听和日志上报。代码如下：

ProxyListener 监听代理类：

public abstract class ProxyListener implements View.OnClickListener{

@Override
public void onClick(View view) {
        // doOnClick 为业务方控件点击事件的逻辑实现 
        doOnClick(view);
        sendLog(view)；}
protected void sendLog(View view) {//TODO:detail of sendLog(), based on Thread
    Runnable runnable = new Runnable() {
        @Overrid
        public void run() {//TODO:do send log}
    };
    Thread thread = new Thread(runnable);
    thread.start();}
protected abstract void doOnClick(View view);

}

对于所有控件，对立替换调用监听代理类：

View saveView = findViewById(R.id.btnSave);

saveView.setOnClickListener(new ProxyListener() {
@Override
public void doOnClick(View v) {

  //TO DO

}
});

hook 机制
Hook 机制基于 java 反射原理，从 rootview 开始，递归遍历所有的控件 View 对象，并 hook 其对应的 OnClickListenr 对象，将其替换成用于上报日志的监听代理类 ProxyListener，从而实现动静 hook。实现代码如下：

Step 1: 创立监听代理治理类，用于对立治理 OnClickListenr 对象的调用即实现：

public class ProxyManager {

public static void sendLog(View view){}
public static class ProxyListener implements View.OnClickListener{
    View.OnClickListener mOriginalListener;
    public ProxyListener(View.OnClickListener l) {mOriginalListener = l;}
    @Override
    public void onClick(View v) {
        //TODO: send log
        sendLog(v);
        if(mOriginalListener != null) {mOriginalListener.onClick(v);
        }
    }
}

}

Step 2: 创立反射治理类，用于保留 hook 到的 OnClickListener 对象：

public class HookView {

public Method mHookMethod;
public Field mHookField;
public HookView(View view) {
    try {Class viewClass = Class.forName("android.view.View");
        if(viewClass != null) {mHookMethod = viewClass.getDeclaredMethod("getListenerInfo");
            if(mHookMethod != null) {mHookMethod.setAccessible(true);
            }
        }
        Class listenerInfoClass = Class.forName("android.view.View$ListenerInfo");
        if(listenerInfoClass != null) {mHookField = listenerInfoClass.getDeclaredField("mOnClickListener");
        }
        if(mHookField != null) {mHookField.setAccessible(true);
        }
    } catch (Exception e) {}}

}

Step 3: 递归深度遍历所有的控件，为其替换 OnClickListenr 对象

public void hookViews(View view) {

    try {if(view.getVisibility() == View.VISIBLE) {if(view instanceof ViewGroup) {ViewGroup group = (ViewGroup) view;
                int count = group.getChildCount();
                for(int i=0; i<count; i++) {View child = group.getChildAt(i);
                    hookViews(view);
                }
            } else {if(view.isClickable()) {HookView hookView = new HookView(view);
                    Object listenerInfo = hookView.mHookMethod.invoke(view);
                    Object originalLinstner = hookView.mHookField.get(listenerInfo);
                    hookView.mHookField.set(listenerInfo, new ProxyManager.ProxyListener((View.OnClickListener)originalLinstner));
                }
            }
        }
    } catch (Exception e) {}

}

AccessibilityDelegate 机制
AccessibilityService 辅助功能设计的初衷是为残障人士提供对于 APP 操作的辅助性能，如语音或者触摸的提醒，起初也被广泛应用于抢红包等后盾服务中。
AccessibilityDelegate 同样也是辅助性能，其辅助主体次要是 APP 上的具体控件 View，可检测控件点击，选中，滑动，文本变动等，当该 view 的相干属性呈现变动时，将回调 AccessibilityDelegate 中的 sendAccessibilityEvent，具体事件类型通过 AccessibilityEvent 来辨别。

因而，借助 AccessibilityDelegate，一旦控件触发点击行为时，可用该辅助性能实现日志上报逻辑，代码如下：

创立自定义的 AccessibilityDelegate，作用于每个 View 对象上：

public class ClickDelegate extends View.AccessibilityDelegate {

@Override
public void sendAccessibilityEvent(View host, int eventType) {super.sendAccessibilityEvent(host, eventType);
    if(AccessibilityEvent.TYPE_VIEW_CLICKED == eventType) {sendLog();
    }
}
public void sendLog(){}
public ClickDelegate(final View rootView) {rootView.getViewTreeObserver().addOnGlobalLayoutListener(new OnGlobalLayoutListener() {
        @Override
        public void onGlobalLayout() {setDelegate(rootView);
        }
    });
}
public void setDelegate(View view) {if(view.getVisibility() == View.VISIBLE) {if(view instanceof ViewGroup) {ViewGroup group = (ViewGroup) view;
            int count = group.getChildCount();
            for(int i=0; i<count; i++) {View child = group.getChildAt(i);
                setDelegate(view);
            }
        } else {if(view.isClickable()) {view.setAccessibilityDelegate(this);
            }
        }
    }
}
public ClickDelegate(){}

}

其中，在 ClickDelegate 的构造函数中为根结点 rootView 增加布局监听器 OnGlobalLayoutListener，实现每当界面的视图树发生变化时，通过递归遍历，对新增的控件增加自定义的 AccessibilityDelegate，从而实现全局监听。

dispatchTouchEvent 机制
dispatchTouchEvent 办法为点击事件响应链上的具体事件散发函数，通过继承 FrameLayout，即可覆写该函数，实现对于所有点击事件的监听。当然，自定义的 ProxyLayout 必须植入于 app 的控件树的根节点，从而在进行事件散发的时候，可能优先解决响应事件。

public class ProxyLayout extends FrameLayout{

public ProxyLayout(Context context, AttributeSet attrs) {super(context);
}
@Override
public boolean dispatchTouchEvent(MotionEvent ev) {if (ev.getAction() == MotionEvent.ACTION_UP) {View rootView = this.getRootView();
        ClickDelegate clickDelegate = new ClickDelegate();
        clickDelegate.setDelegate(rootView);
    }
    return super.dispatchTouchEvent(ev);
}

}

同时实现主动监听和主动曝光
上述 4 种监听机制均提供了全局监听思维，但 Listener 机制与 Hook 机制显著带有局限性，即其对应的事件监听仅仅只是点击行为，但在事件采集中，除了点击行为之外，另一外围性能点则是曝光。
曝光是当指对前控件可见状态持续性的监听记录，其对于某个具体的控件并未有任何交互动作。
因而为了实现同时监听点击和曝光，咱们可在上述监听原理的根底上进行扩大，从而利用一套体系，实现对点击和开关事件的同时监听，技术实现原理如下图所示：

其中，ActivityLifecycleCallbacks 监听以后界面的出入状态，一旦页面进入时，便开启对以后页面控件的监听。同时，页面控件监听则通过对以后视图的根结点 rootview 增加 onGlobalLayoutListener，监听视图树的变动。一旦视图树发生变化，启用控件遍历，寻找指标埋点控件，为其增加 AccessibilityDelegate 用于点击监听，构建自定义 ExposureView 对象，用于曝光状态记录。与此同时，为了解决视图树不发生变化但仍需对控件监听状况，在 onGlobalLayoutListener 的实现中，增加 Runnable 对象 EventBinding，实现控件遍历操作，并设置每隔 500ms 的定时机制，从而实现对于点击和曝光的全局监控。
其外围代码如下：

public void run() {

if (!mAlive) {
    // 如果过程敞开，移除 runnable
    mHandler.removeCallbacks(this);
    return;
}
// 判断当前页是否敞开，是否须要革除 runnable
final View viewRoot = mViewRoot.get();
if (null == viewRoot || mDying) {cleanUp();
    return;
}
// 寻找指标控件
pathfinder.findTargetView(viewRoot, viewVisitorMap, dataTrackSet);
// 移除已有的 runnable
mHandler.removeCallbacks(this);
// 新建定时器
mHandler.postDelayed(this, 500);

}

实际

上面将具体介绍如何借助 AccessibilityDelegate 实现主动点击和主动曝光。局部代码参考业界实现计划。

如何实现点击
针对点击行为监听采纳 AccessibilityDelegate 机制，但在 View.java 中，每个 View 上的 AccessibilityDelegate 只有一个，并不是一个数组，这意味着如果有业务方也应用该性能，在可视化埋点中如果间接调用 View.setAccessibilityDelegate，将产生逻辑解决笼罩，其源码如下：

public void setAccessibilityDelegate(AccessibilityDelegate delegate) {

       //mAccessibilityDelegate 为繁多变量
    mAccessibilityDelegate = delegate;

}

因而，为了解决该抵触问题，可将原有的 AccessibilityDelegate 对象进行保留，并在触发本人的辅助对象的回调办法时，显示调用已有对象的 sendAccessibilityEvent 办法。具体而言，咱们须要新建 TrackingAccessibilityDelegate 对象并继承 View.AccessibilityDelegate，实现 sendAccessibilityEvent 办法，其中 mRealDeleage 对象为该控件原有对象，在函数的最初，手动调用该 delegate 对象的 sendAccessibilityEvent 办法。代码示意：

public void sendAccessibilityEvent(View host, int eventType) {

try {if (eventType == mEventType) {fireEvent(host);
    }
} catch (Exception e) {log.error(e);
} finally {if (null != mRealDelegate) {mRealDelegate.sendAccessibilityEvent(host, eventType);
    }
}

}

因为每次控件遍历操作均须要对指标控件进行设置 AccessibilityDelegate 操作，因而，为了防止雷同类型的 delegate 反复设置问题（反复设置并未影响应用），可在开始进行 delegate 设置时，对 View 上已有的 delegate 对象进行类型判断，如果是咱们的 delegate，则无需反复判断，代码示例如下：

public boolean willFireEvent(final String eventName) {

if (getEventName() == eventName) {return true;} else if (mRealDelegate instanceof MyAccessibilityDelegate) {return ((MyAccessibilityDelegate)mRealDelegate).willFireEvent(eventName);
} else {return false;}

}

willFireEvent 函数返回以后 AccessibilityDelegate 是否为可视化埋点的 delegate 对象，此处，eventName 为自建的 MyAccessibilityDelegate 对象的一个根本属性，间接对应于 ut 日志中的 arg1，可用于标识一个 MyAccessibilityDelegate 对象。

整体点击实现逻辑流程图如下：

如何实现曝光
曝光的实现逻辑外围在于如何持续性监听某个控件的可见状态。依靠于 GlobalLayoutListener 以及 GlobalLayoutListener 中增加的每隔 500ms 控件扫描定时器 runnable，可实现对于控件的继续状态的持续性监控。
对于每个可见的控件而言，须要记录其曝光的整个生命周期，包含从开始曝光 -> 继续曝光 -> 完结曝光。其中，整个生命周期须要建设在根底的曝光规定之上，即达到可见面积≥50%，可见时长≥500ms 才为合规的曝光。
因而，一旦控件从不可见状态转变为可见状态时，咱们将记录其以后可见状态的面积和可见工夫点，当以后控件树发生变化或者触发控件扫描定时器运作时，须要对已有的曝光控件的状态进行更新，具体更新规定可见如下源码：

private void checkViewState(ExposureView exposureView, boolean status) {

boolean needExposureProcess = isSatisfySize(exposureView.view);
if (needExposureProcess) {switch (exposureView.lastState) {
        case ExposureView.INITIAL:
            // 初始态须要解决，view 的状态初始化
            exposureView.lastState = ExposureView.SEEN;
            exposureView.beginTime = System.currentTimeMillis();
            break;
        case ExposureView.SEEN:
            // 以后控件仍然可见，仅更新可见态控件以后的完结工夫
            exposureView.endTime = System.currentTimeMillis();
            break;
        case ExposureView.UNSEEN:
            // 不可见态，合乎曝光条件，则初始化解决
            exposureView.lastState = ExposureView.SEEN;
            exposureView.beginTime = System.currentTimeMillis();
            break;
        default:
            break;
    }
} else {switch (exposureView.lastState) {
        case ExposureView.INITIAL:
            break;
        case ExposureView.SEEN:
            // 可见态, 不合乎界面曝光规定计算，则证实由可见态变为不可见，须要提交曝光数据
            exposureView.lastState = ExposureView.UNSEEN;
            exposureView.endTime = System.currentTimeMillis();
            break;
        case ExposureView.UNSEEN:
            // 不可见态
            break;
        default:
            break;
    }
}
if (exposureView.isSatisfyTimeRequired()) {if(status) {
        // 页面切换，提交满足曝光条件的控件
        addToCommit(exposureView);
        currentViews.remove(exposureView.tag);
        return;
    }
    if(exposureView.lastState == ExposureView.SEEN) {return;} else if(exposureView.lastState == ExposureView.UNSEEN) {addToCommit(exposureView);
        currentViews.remove(exposureView.tag);
    }
} else if (exposureView.lastState == ExposureView.UNSEEN) {currentViews.remove(exposureView.tag);
}

}

一旦曝光控件达到曝光时长及曝光面积限度，并且以后控件已从可见态转为不可见状态时，将提交缓存的曝光控件信息，调用采集 SDK 接口上报曝光日志。其外围逻辑实现流程图如下：

总结

主动采集和主动曝光技术实现伎俩较多，但每种实现类型差别也较大，须要依据具体应用场景和自有的业务个性做适合，正确的抉择。本文仅介绍 Android 端的技术原理，IOS 端的实现有殊途同归之处，敬请期待下期分享。

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2020-07-13
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