Android ClassLoader解析(2) - Andro

2018-10-25 本文已影响14人 sunnyaxin

ClassLoader的主要作用就是加载类，且Android应用逻辑也是使用Java语言编写的，但Android ClassLoader和Java ClassLoader的原理却不太一样，关于Java 中ClassLoader的主要原理及使用见上一篇博文，本文主要比较两者的差别后，主要讨论Android ClassLoader的原理及使用。

Android ClassLoader & Java ClassLoader

Java中的ClassLoader可以加载jar文件和Class文件；但在Android中不同，Android打包后是apk应用，解压后看到其中包含一个class.dex文件，无论DVM还是ART他们加载的不再是Class文件，而是Dex文件，因此ClassLoader在加载类的过程中也略有不同。

ClassLoader的继承关系

其中，他们的关系如下：

ClassLoader：抽象类，其中定义了ClassLoader的主要功能。BootClassLoader是它的内部类；
SecureClassLoader：和JDK8中的SecureClassLoader类的代码是一样的，它继承了抽象类ClassLoader。SecureClassLoader并不是ClassLoader的实现类，而是拓展了ClassLoader类加入了权限方面的功能，加强了ClassLoader的安全性；
URLClassLoader：和JDK8中的URLClassLoader类的代码是一样的，它继承自SecureClassLoader，用来通过URl路径从jar文件和文件夹中加载类和资源；但由于dalvik不能直接识别jar，所以在Android中无法使用这个加载器；
BaseDexClassLoader：继承自ClassLoader，是抽象类ClassLoader的具体实现类，PathClassLoader和DexClassLoader都继承它，他们的主要逻辑都在这里；
InMemoryDexClassLoader：是Android8.0新增的类加载器，继承自BaseDexClassLoader，用于加载内存中的dex文件；

BootClassLoader

该类在libcore/ojluni/src/main/java/java/lang/ClassLoader.java，与Java中的BootstrapClassLoader不同，他不是C/C++代码，而是Java代码，且是ClassLoader的内部类，且BootClassLoader是在Zygote进程的入口方法中创建的。（注：BootClassLoader的访问修饰符是默认的，只有在同一个包中才可以访问，因此我们无法使用）

PathClassLoader

该类在libcore/dalvik/src/main/java/dalvik/system/PathClassLoader.java，用来加载系统类和应用程序的类，且不建议开发直接使用。代码如下：

public class PathClassLoader extends BaseDexClassLoader {
    public PathClassLoader(String dexPath, ClassLoader parent) {
        super(dexPath, null, null, parent);
    }
    public PathClassLoader(String dexPath, String librarySearchPath, ClassLoader parent) {
        super(dexPath, null, librarySearchPath, parent);
    }
}

PathClassLoader则是在Zygote进程创建SystemServer进程时创建的，其构造方法有三个参数：

dexPath: 目标类所在的APK或jar文件的路径，多个路径用文件分隔符分隔，默认文件分隔符为‘：’。支持加载APK、DEX和JAR，也可以从SD卡进行加载，最后都会生成一个对应的dex文件。且最终将dexPath路径上的文件ODEX优化到内部位置optimizedDirectory，再进行加载；
librarySearchPath: 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;
parent: ClassLoader的parent;

DexClassLoader

该类在libcore/dalvik/src/main/java/dalvik/system/DexClassLoader.java，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。因此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。代码如下：

public class DexClassLoader extends BaseDexClassLoader {
    public DexClassLoader(String dexPath, String optimizedDirectory,
            String librarySearchPath, ClassLoader parent) {
        super(dexPath, new File(optimizedDirectory), librarySearchPath, parent);
    }
}

其中，参数optimizedDirectory表示存储ODEX文件的路径，ClassLoader只能加载内部存储路径中的dex文件，所以这个路径必须是一个内部存储路径。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。

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

ClassLoader类加载过程

阅读源码可知，Android中ClassLoader加载类的过程也符合双亲委派机制。根据之前的分析可知，在查到对象的过程中，如果一直委托到顶层的父加载器依然找不到，则会调用findClass向下查找：

    protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
        throws ClassNotFoundException
    {
            // First, check if the class has already been loaded
            Class<?> c = findLoadedClass(name);
            if (c == null) {
                try {
                    if (parent != null) {
                        c = parent.loadClass(name, false);
                    } else {
                        c = findBootstrapClassOrNull(name);
                    }
                } catch (ClassNotFoundException e) {
                    // ClassNotFoundException thrown if class not found
                    // from the non-null parent class loader
               }

                if (c == null) {
                    // If still not found, then invoke findClass in order
                    // to find the class.
                    c = findClass(name);
                }
            }
            return c;
    }

且PathClassLoader和DexClassLoader的实现中只有构造函数，其具体实现都在BaseDexClassLoader中，其部分源码为：

private final DexPathList pathList;

@Override
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException { 
    Class clazz = pathList.findClass(name);
    if (clazz == null) { 
        throw new ClassNotFoundException(name); 
    } 
    return clazz;
}

DexPathList 中的 findClass：

public Class findClass(String name) { 
    for (Element element : dexElements) { 
        DexFile dex = element.dexFile;
        if (dex != null) { 
            Class clazz = dex.loadClassBinaryName(name, definingContext); 
          if (clazz != null) { 
              return clazz; 
          } 
        } 
    } 
    return null;
}

DexFile 中的loadClassBinaryName：

public Class loadClassBinaryName(String name, ClassLoader loader) { 
    return defineClass(name, loader, mCookie);
}

private native static Class defineClass(String name, ClassLoader loader, int cookie);

因此，可得BaseDexClassLoader中有个pathList对象，pathList中包含一个DexFile的数组dexElements，类加载的过程即：遍历这个集合，通过DexFile去寻找，最终调用native方法的defineClass。

ClassLoader实例有多个

一个运行的Android应用至少有2个ClassLoader

BootClassLoader：在Android系统启动的时候创建，用于加载系统Framework层级需要的类，而我们的Android应用也有可能需要用到一些系统的类，所以APP启动的时候也会将BootClassLoader传进来；
自己的ClassLoader实例：应用启动时创建，用于加载应用dex文件中的类；

Android ClassLoader动态加载可能遇到的问题

动态加载四大组件，需要提前在Manifest中注册；
Resource资源问题，常见的是资源id问题；