第四章 android热更新系列文章 之 ClassLoader
目录
1. 前言
2. java中的classLoader
3. android 中的classLoader种类
4. android中的classLoader的特点
4.1 双亲代理模型的特点
5. classLoader 的源码分析
6. Adnroid 动态加载的难点
1. 前言
热更新中最关键的部分就是classLoader
2. java中的classLoader
java中的classLoader种类和作用
3. android 中的classLoader种类
- BootClassLoader
- PathClassLoader
- DexClassLoader
- BaseDexClassLoader
名称 | 作用 | 备注 |
BootClassLoader | 类似于java中的BootStrap ClassLoader，加载androidFrameWork层的字节码文件 | |
PathClassLoader | 类似于java中的APP ClassLoader，加载已经安装到系统中的APP的字节码文件 | |
DexClassLoader | 类似于java中的Custom ClassLoader，用来加载指定目录下的字节码文件 | |
BaseDexClassLoader | 是BootClassLoader、PathClassLoader、DexClassLoader的父类 |
4. android中的classLoader的特点
4.1 双亲代理模型的特点
classLoader在加载一个字节码文件的时候，首先会判断该类有没有被当前classLoader加载过，如果有直接使用，如果没有找到自己的父类（classLoader）判断有没有加载过，如果没有，就去找找父类的父类有没有加载过该文件，知道所有classLoader均为加载过该文件才会进行加载。
- 带来两个作用：
- a 类加载的共享功能
一些framework层架的类一但被我们的顶层的classLoader加载过，就会被缓存在内存里面，以后任何地方使用都不需要重新加载
- b 类加载的隔离功能
保证不同继承路线classLoadder加载的类不是同一个类，避免用户冒充系统写一个类，冒充系统的类。
怎样的类被认为是同一个类
必须是包名相同、类名相同、是被同一个classLoader加载的三个条件缺一不可
- 双亲代理模型的特点
一段APP代码的的运行至少需要多少个classLoader
需要两个，分别是BootClassLoader和PathClassLoader，一个加载framework层字节码，一个加载来自APP中的字节码文件
测试代码：
ClassLoader classLoader = getClassLoader();
if (classLoader != null) {
LogUtil.e("currentClassLoader'Name:____" + classLoader.toString());
while (classLoader.getParent() != null) {
LogUtil.e(classLoader.toString() + "parrentClassLoader'Name:____" + classLoader.getParent());
classLoader = classLoader.getParent();
}
}文件输出：
dalvik.system.PathClassLoader[...]
parrentClassLoader'Name:____java.lang.BootClassLoader@23c1dc5
5. classLoader 的源码分析
【注意】本文所参考的源码基于Android 7.1.2_r36 及以前版本，在Android 8.0.0_r4 之后，BaseDexClassLoader 、DexClassLoader 源码有所变动
- PathClassLoader和DexClassLoader的区别
- 1、DexClassLoader可以加载jar/apk/dex，可以从SD卡中加载未安装的apk
- 2、PathClassLoader只能加载系统中已经安装过的apk
PathClassLoader 源码
以下源码全部来自Android6.0.1
package dalvik.system;
public class PathClassLoader extends BaseDexClassLoader {
/** 有兴趣的可以看看注释，故意没删
* Creates a {@code PathClassLoader} that operates on a given list of files
* and directories. This method is equivalent to calling
* {@link #PathClassLoader(String, String, ClassLoader)} with a
* {@code null} value for the second argument (see description there).
*
* @param dexPath the list of jar/apk files containing classes and
* resources, delimited by {@code File.pathSeparator}, which
* defaults to {@code ":"} on Android
* @param parent the parent class loader
*/
public PathClassLoader(String dexPath, ClassLoader parent) {
super(dexPath, null, null, parent);
}
/**
* Creates a {@code PathClassLoader} that operates on two given
* lists of files and directories. The entries of the first list
* should be one of the following:
JAR/ZIP/APK files, possibly containing a "classes.dex" file as
* well as arbitrary resources.
*
Raw ".dex" files (not inside a zip file).
*
*
* The entries of the second list should be directories containing
* native library files.
*
* @param dexPath the list of jar/apk files containing classes and
* resources, delimited by {@code File.pathSeparator}, which
* defaults to {@code ":"} on Android
* @param libraryPath the list of directories containing native
* libraries, delimited by {@code File.pathSeparator}; may be
* {@code null}
* @param parent the parent class loader
*/
public PathClassLoader(String dexPath, String libraryPath,
ClassLoader parent) {
super(dexPath, null, libraryPath, parent);
}
}DexClassLoader 源码
package dalvik.system;
import java.io.File;
/**
* A class loader that loads classes from {@code .jar} and {@code .apk} files
* containing a {@code classes.dex} entry. This can be used to execute code not
* installed as part of an application.
* * <p>This class loader requires an application-private, writable directory to
* cache optimized classes. Use {@code Context.getCodeCacheDir()} to create
* such a directory: <pre> {@code
* File dexOutputDir = context.getCodeCacheDir();
* }</pre>
* * <p><strong>Do not cache optimized classes on external storage.</strong>
* External storage does not provide access controls necessary to protect your
* application from code injection attacks.
*/
public class DexClassLoader extends BaseDexClassLoader {
/**
* Creates a {@code DexClassLoader} that finds interpreted and native
* code. Interpreted classes are found in a set of DEX files contained
* in Jar or APK files.
*
* <p>The path lists are separated using the character specified by the
* {@code path.separator} system property, which defaults to {@code :}.
*
* @param dexPath the list of jar/apk files containing classes and
* resources, delimited by {@code File.pathSeparator}, which
* defaults to {@code ":"} on Android
* @param optimizedDirectory directory where optimized dex files
* should be written; must not be {@code null}
* @param libraryPath the list of directories containing native
* libraries, delimited by {@code File.pathSeparator}; may be
* {@code null}
* @param parent the parent class loader
*/
public DexClassLoader(String dexPath, String optimizedDirectory,
String libraryPath, ClassLoader parent) {
super(dexPath, new File(optimizedDirectory), libraryPath, parent);
}
}原因
DexClassLoader构造函数
//dexPath ：dex路径
//optimizedDirectory :指定输出dex优化后的odex文件，可以为null
//libraryPath:动态库路径（将被添加到app动态库搜索路径列表中）
//parent:制定父类加载器，以保证双亲委派机制从而实现每个类只加载一次。
public DexClassLoader(String dexPath, String optimizedDirectory,
String libraryPath, ClassLoader parent) {
super(dexPath, new File(optimizedDirectory), libraryPath, parent);
}PathClassLoader构造函数
//dexPath ：dex文件以及包含dex的apk文件或jar文件的路径集合，多个路径用文件分隔符分隔，默认文件分隔符为‘：’
//optimizedDirectory :指定输出dex优化后的odex文件，可以为null
//libraryPath:动态库路径包含 C/C++ 库的路径集合，多个路径用文件分隔符分隔分割，可以为null。（将被添加到app动态库搜索路径列表中）
//parent:制定父类加载器，以保证双亲委派机制从而实现每个类只加载一次。
public PathClassLoader(String dexPath, ClassLoader parent) {
super(dexPath, null, null, parent);
}
public PathClassLoader(String dexPath, String libraryPath,
ClassLoader parent) {
super(dexPath, null, libraryPath, parent);
}DexClassLoader 与 PathClassLoader 构造函数区别就是多了个optimizedDirectory参数，指定odex文件的输出路径。
DexClassLoader可以加载dex文件以及包含dex的apk文件或jar文件，也支持从SD卡进行加载，这也就意味着DexClassLoader可以在应用未安装的情况下加载dex相关文件。因此，它是热修复和插件化技术的基础
来查看它的代码，如下所示。
libcore/dalvik/src/main/java/dalvik/system/DexClassLoader.java
public class DexClassLoader extends BaseDexClassLoader {
public DexClassLoader(String dexPath, String optimizedDirectory,
String librarySearchPath, ClassLoader parent) {
super(dexPath, new File(optimizedDirectory), librarySearchPath, parent);
}
}DexClassLoader构造方法的参数要比PathClassLoader多一个optimizedDirectory参数，参数optimizedDirectory代表什么呢？我们知道应用程序第一次被加载的时候，为了提高以后的启动速度和执行效率，Android系统会对dex相关文件做一定程度的优化，并生成一个ODEX文件，此后再运行这个应用程序的时候，只要加载优化过的ODEX文件就行了，省去了每次都要优化的时间，而参数optimizedDirectory就是代表存储ODEX文件的路径，这个路径必须是一个内部存储路径。
PathClassLoader没有参数optimizedDirectory，这是因为PathClassLoader已经默认了参数optimizedDirectory的路径为：/data/dalvik-cache。DexClassLoader 也继承自BaseDexClassLoader ，方法实现也都在BaseDexClassLoader中。
BaseDexClassLoader 构造方法
//类路径： /libcore/dalvik/src/main/java/dalvik/system/BaseDexClassLoader.java
public BaseDexClassLoader(String dexPath, File optimizedDirectory,
String librarySearchPath, ClassLoader parent) {
super(parent);
this.pathList = new DexPathList(this, dexPath, librarySearchPath, optimizedDirectory);
}最终我们得到如下的结论,当我们执行加载一个class文件时整个的执行流程是这样的：
- 加载一个class必须当前classLoader(PathClassLoader或者DexClassLoader)调用自己的loadClass(String className)方法
- loadClass方法是接口classLoader定义的，真正的实现是在
BaseDexClassLoader中的,BaseDexClassLoader中loadClass()方法做了如下事情，这里就是双亲委托模式最好的提现
2.1 首先调用自己的 findLoadedClass(String name) 方法，看自己有没有加载过这个class文件 ，没有执行2.2，如果加载过直接将加载过的字节码class文件返回，方法结束
2.2 查找自己父 classLoader 并调用其 findLoadedClass(String name) 方法，如果找到查看父类是否加载过这个class字节码文件，没有执行2.3，如果加载过直接将加载过的字节码class文件返回，方法结束
2.3 查看BootClassLoader 是否加载过这个class字节码文件，没有执行3，如果加载过直接将加载过的字节码class文件返回，方法结束
- 执行到这个过程，可以确认当前的class文件没有被加载过，当前classLoader调用 “BaseDexClassLoader” 的
findClass(String name)方法查找对应class字节码文件，其中findClass(String name)方法的实现如下
3.1 BaseDexClassLoader 的 findClass(name) 调用了DexPathList的 dexPathList.findClass(name,..) 方法，其中DexPathList 类的初始化是在BaseDexClassLoader的构造方法职工进行的，DexPathList是将de文件路径转化成文件的辅助类，可以将dex结尾的文件路径转换成文件，并生成Element数组
3.2 dexPathList 对象的创建是在BaseDexClassLoader 的构造方法中完成的，然后 dexPathList 调用了自己的 makeDexElements(splitDexPath(dexPath),optimizedDirectoryexcept,classLoader) 的将所有的dex路径转换成dexfile存到Element数组中，DexPathList类中 MakeDexElements()方法的内部实现如3.2.1
3.2.1 MakeDexElements() 方法的内部，将传入的文件路径分割遍历判断分割后的dex是一个文件还是文件夹；如果这个文件压缩文件进行解压缩，找到其中所有的dex文件存储到Elements 数组中，如果是文件夹，遍历获取其中所有的dex文件储到Elements 数组中，如果是dex文件，直接储到Elements 数组中,这一步调用完成，其实是获取到了一个载有dexFile文件的Elements数组
3.3 DexPathList的内部实现，dexPathList的findClass(Element[] elements)方法的内部，遍历Element数组拿到里面的每一个Element对象，获取对象中成员变量DexFile，并调用DexFile的 loadClassBinaryName(name,classLoader,exception)
3.4 dexFile类中 loadClassBinaryName(name,classLoader,exception) 方法调用了自己的 defineClass(name,classLoader,cookie,DexFile,exception)
3.5 DexFile类中的 defineClass(name,classLoader,cookie,DexFile,exception) 方法最终调用了DexFile类中的 defineClassNative(name,classLoader,cookie,DexFile,exception) 本地方法
6. Adnroid 动态加载的难点
许多组件需要注册才能使用（像activity、service等组件）
资源动态加载复杂
- 资源在android中是用 id 索引的形式查找的，如果资源没有在清单文件中注册，报错资源找不到
总结：
android程序的运行需要一个上下文环境，这个正是第三方加载库需要解决的重点
文章参考：
Android解析ClassLoader（一）Java中的ClassLoader热修复——深入浅出原理与实现Android 插件化和热修复知识梳理
