关于ClassLoader

2020-03-29 本文已影响0人瑜小贤

一. Java中的ClassLoader

1. 继承关系

ClassLoader是一个抽象类，其中定义了ClassLoader的主要功能。
SecureClassLoader继承了抽象类ClassLoader，但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。
ExtClassLoader和AppClassLoader都继承自URLClassLoader，它们都是Launcher的内部类，Launcher是Java虚拟机的入口应用，ExtClassLoader和AppClassLoader都是在Launcher中进行初始化的。

二. Android中的ClassLoader

1. 继承关系

ClassLoader是一个抽象类，其中定义了ClassLoader的主要功能。BootClassLoader是它的内部类。
SecureClassLoader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类继承自SecureClassLoader，用来通过URl路径从jar文件和文件夹中加载类和资源。
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。
BaseDexClassLoader继承自ClassLoader，是抽象类ClassLoader的具体实现类，PathClassLoader和DexClassLoader都继承它。

2. 作用和分类

（1）作用：

Android虚拟机运行的是Dex字节码（将Class文件合并优化生成的产物），ClassLoader用来加载dex文件。

（2）分类

分为系统类加载器和自定义类加载器。主要的系统类加载器：

BootClassLoader
PathClassLoader
DexClassLoader

三. Android中ClassLoader源码分析

1. ClassLoader

(1)构造函数：

protected ClassLoader() {
    this(checkCreateClassLoader(), getSystemClassLoader());
}
protected ClassLoader(ClassLoader parent) {
    this(checkCreateClassLoader(), parent);
}

ClassLoader需要传入一个父ClassLoader，如果父ClassLoader不传的时候，通过
getSystemClassLoader方法，创建了一个PathClassLoader

public static ClassLoader getSystemClassLoader() {
    return SystemClassLoader.loader;
}
  static private class SystemClassLoader {
    public static ClassLoader loader = ClassLoader.createSystemClassLoader();
}
private static ClassLoader createSystemClassLoader() {
    String classPath = System.getProperty("java.class.path", ".");
    String librarySearchPath = System.getProperty("java.library.path", "");
    return new PathClassLoader(classPath, librarySearchPath, BootClassLoader.getInstance());
}

（2）loadClass方法：

protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
throws ClassNotFoundException {
    // First, check if the class has already been loaded
    //(1)先判断这个类是否被加载过
    Class<?> c = findLoadedClass(name);
    if (c == null) {
        try {
            //(2)如果没被加载，先让父加载器进行加载
            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
        }
        //（3）如果父加载器加载失败，则自身进行加载
        if (c == null) {
            // If still not found, then invoke findClass in order
            // to find the class.
            c = findClass(name);
        }
    }
    return c;
}

双亲委托机制：

除了顶层的类加载器外，其他的类加载器都有自己的父类加载器，在加载类时首先判断这个类是否被加载过，如果已经加载则直接返回。
如果未被加载过，则先尝试让父加载器进行加载，最终所有加载请求都会传递给顶层的加载器中。
当父加载器发现未找到所需的类而无法完成加载请求时，子加载器的findClass方法中进行加载。

2. BaseDexClassLoader

（1）构造：

public BaseDexClassLoader(String dexPath, File optimizedDirectory,
        String librarySearchPath, ClassLoader parent) {
    this(dexPath, librarySearchPath, parent, null, false);
}

public BaseDexClassLoader(String dexPath,
        String librarySearchPath, ClassLoader parent, ClassLoader[] sharedLibraryLoaders,
        boolean isTrusted) {
    super(parent);
    this.sharedLibraryLoaders = sharedLibraryLoaders == null
            ? null
            : Arrays.copyOf(sharedLibraryLoaders, sharedLibraryLoaders.length);
    this.pathList = new DexPathList(this, dexPath, librarySearchPath, null, isTrusted);
    if (reporter != null) {
        reportClassLoaderChain();
    }
}

dexPath:指目标类所在的APK或jar文件的路径，如果要包含多个路径,路径之间必须使用特定的分割符分隔,特定的分割符可以使用System.getProperty(“path.separtor”)获得。
optimizedDirectory：解压的dex文件存储路径，这个路径必须是一个内部存储路径，一般情况下使用当前应用程序的私有路径：/data/data//…。
librarySearchPath：指目标类中所使用的C/C++库存放的路径
parent：父加载器。

（2）DexPathList

DexPathList中维护着一个Element数组，这个数组中Element元素就是Dex文件（做热修复就要在这里做文章了）

#DexPathList
 /*package*/ static class Element {
 
    @UnsupportedAppUsage
    private final File path;
    /** Whether {@code path.isDirectory()}, or {@code null} if {@code path == null}. */
    private final Boolean pathIsDirectory;
    @UnsupportedAppUsage
    private final DexFile dexFile;
    private ClassPathURLStreamHandler urlHandler;
    private boolean initialized;
    
    @UnsupportedAppUsage
    public Element(DexFile dexFile, File dexZipPath) {
        if (dexFile == null && dexZipPath == null) {
            throw new NullPointerException("Either dexFile or path must be non-null");
        }
        this.dexFile = dexFile;
        this.path = dexZipPath;
        // Do any I/O in the constructor so we don't have to do it elsewhere, eg. toString().
        this.pathIsDirectory = (path == null) ? null : path.isDirectory();
    }
    public Element(DexFile dexFile) {
        this(dexFile, null);
    }
    public Element(File path) {
        this(null, path);
    }
    ......
}

3. BootClassLoader

Android平台上所有ClassLoader的最终parent。Android系统启动时会使用BootClassLoader来预加载常用类。

class BootClassLoader extends ClassLoader {
    private static BootClassLoader instance;
    @FindBugsSuppressWarnings("DP_CREATE_CLASSLOADER_INSIDE_DO_PRIVILEGED")
    public static synchronized BootClassLoader getInstance() {
        if (instance == null) {
            instance = new BootClassLoader();
        }
        return instance;
    }
...
}

BootClassLoader的访问修饰符是默认的，只有在同一个包中才可以访问

4. PathClassLoader

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

@libcore.api.CorePlatformApi
public PathClassLoader(
        String dexPath, String librarySearchPath, ClassLoader parent,
        ClassLoader[] sharedLibraryLoaders) {
    super(dexPath, librarySearchPath, parent, sharedLibraryLoaders);
}

使用PathClassLoader来加载系统类和应用程序的类，通常用来加载已安装的apk的dex文件
构造函数没有optimizedDirectory，无法定义dex文件路径，该参数默认值为/data/dalvik-cache

5. DexClassLoader

public DexClassLoader(String dexPath, String optimizedDirectory,
        String librarySearchPath, ClassLoader parent) {
    super(dexPath, null, librarySearchPath, parent);
}

DexClassLoader可以加载dex文件以及包含dex的压缩文件（apk和jar文件），在其父类BaseDexClassLoader里对".jar",".zip",".apk",".dex"后缀的文件最后都会生成一个对应的dex文件。

四. Android加载Class的过程

1. BaseDexClassLoader的findClass

@Override
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
    // First, check whether the class is present in our shared libraries.
    if (sharedLibraryLoaders != null) {
        for (ClassLoader loader : sharedLibraryLoaders) {
            try {
                return loader.loadClass(name);
            } catch (ClassNotFoundException ignored) {
            }
        }
    }
    // Check whether the class in question is present in the dexPath that
    // this classloader operates on.
    List<Throwable> suppressedExceptions = new ArrayList<Throwable>();
    Class c = pathList.findClass(name, suppressedExceptions);
    if (c == null) {
        ClassNotFoundException cnfe = new ClassNotFoundException(
                "Didn't find class \"" + name + "\" on path: " + pathList);
        for (Throwable t : suppressedExceptions) {
            cnfe.addSuppressed(t);
        }
        throw cnfe;
    }
    return c;
}

内部调用了DexPathList的findClass方法

#DexPathList
private Element[] dexElements;
......
public Class<?> findClass(String name, List<Throwable> suppressed) {
    for (Element element : dexElements) {
        Class<?> clazz = element.findClass(name, definingContext, suppressed);
        if (clazz != null) {
            return clazz;
        }
    }
    if (dexElementsSuppressedExceptions != null) {
        suppressed.addAll(Arrays.asList(dexElementsSuppressedExceptions));
    }
    return null;
}

public Class<?> findClass(String name, ClassLoader definingContext,
        List<Throwable> suppressed) {
    return dexFile != null ? dexFile.loadClassBinaryName(name, definingContext, suppressed)
            : null;
}

DexPathList内部包含了一个DexFile的数组dexElements。类加载的过程，就是遍历这个数组调用了DexFile的loadClassBinaryName方法，最终调用native方法defineClassNative。

感谢https://blog.csdn.net/www851903307/article/details/87017662

关于ClassLoader

一. Java中的ClassLoader

1. 继承关系

二. Android中的ClassLoader

1. 继承关系

2. 作用和分类

（1）作用：

（2）分类

三. Android中ClassLoader源码分析

1. ClassLoader

(1)构造函数：

（2）loadClass方法：

2. BaseDexClassLoader

（1）构造：

（2）DexPathList

3. BootClassLoader

4. PathClassLoader

5. DexClassLoader

四. Android加载Class的过程

1. BaseDexClassLoader的findClass

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