Dalvik的BOOTCLASSPATH类加载过程

涉及源码(Android 4.4.2):
/dalvik/vm/Init.cpp
/dalvik/vm/oo/Class.cpp

Dalvik虚拟机启动过程中,我们并没有对初始化并启动虚拟机的过程也就是dvmStartup函数展开分析,这里我们对其中BOOTCLASSPATH类加载过程进行分析,也就是dvmClassStartup函数,下面我们再来看看dvmStartup函数。

/dalvik/vm/Init.cpp

std::string dvmStartup(int argc, const char* const argv[],
bool ignoreUnrecognized, JNIEnv* pEnv)
{
    ...
    ALOGV("VM init args (%d):", argc);
    ...
    // 1、读取BOOTCLASSPATH
    setCommandLineDefaults();
       // 2、初始化bootstrap class loader
    if (!dvmClassStartup()) { 
        return "dvmClassStartup failed";
    }
}

1、读取BOOTCLASSPATH

static void setCommandLineDefaults()
{
    const char* envStr = getenv("CLASSPATH");
    if (envStr != NULL) {
        gDvm.classPathStr = strdup(envStr);
    } else {
        gDvm.classPathStr = strdup(".");
    }
    // 读取到BOOTCLASSPATH环境变量,就可以拿到BOOTCLASSPATH路径
    envStr = getenv("BOOTCLASSPATH"); 
    if (envStr != NULL) {
        gDvm.bootClassPathStr = strdup(envStr);
    } else {
        gDvm.bootClassPathStr = strdup(".");
    }
    ...
}

从上面可以知道,BOOTCLASSPATH路径的值被保存到gDvm.bootClassPathStr中。

2、初始化bootstrap class loader

这个函数定义在文件dalvik/vm/oo/Class.c中,用来初始化启动类加载器(Bootstrap Class Loader),同时还会初始化java.lang.Class类。启动类加载器是用来加载Java核心类的,用来保证安全性,即保证加载的Java核心类是合法的。

/dalvik/vm/oo/Class.cpp

bool dvmClassStartup()
{
    /* make this a requirement -- don't currently support dirs in path */
    if (strcmp(gDvm.bootClassPathStr, ".") == 0) {
        ALOGE("ERROR: must specify non-'.' bootclasspath");
        return false;
    }

    gDvm.loadedClasses =
        dvmHashTableCreate(256, (HashFreeFunc) dvmFreeClassInnards);

    gDvm.pBootLoaderAlloc = dvmLinearAllocCreate(NULL);
    if (gDvm.pBootLoaderAlloc == NULL)
        return false;

    if (false) {
        linearAllocTests();
        exit(0);
    }

   
    gDvm.classSerialNumber = INITIAL_CLASS_SERIAL_NUMBER;

    
    gDvm.initiatingLoaderList = (InitiatingLoaderList*)
        calloc(ZYGOTE_CLASS_CUTOFF, sizeof(InitiatingLoaderList));
    // createInitialClasses加载了9大基本类型
    if (!createInitialClasses()) {
        return false;
    }

    /*
     * Process the bootstrap class path.  This means opening the specified
     * DEX or Jar files and possibly running them through the optimizer.
     */
     
    assert(gDvm.bootClassPath == NULL);
    // 加载所有的Boot Class
    processClassPath(gDvm.bootClassPathStr, true);

    if (gDvm.bootClassPath == NULL)
        return false;

    return true;
}

下面来看看processClassPath方法加载所有的Boot Class的过程。

static ClassPathEntry* processClassPath(const char* pathStr, bool isBootstrap)
{
    ClassPathEntry* cpe = NULL;
    char* mangle;
    char* cp;
    const char* end;
    int idx, count;

    /*
     * Allocate storage.  We over-alloc by one so we can set an "end" marker.
     */
    cpe = (ClassPathEntry*) calloc(count+1, sizeof(ClassPathEntry));

    /*
     * Set the global pointer so the DEX file dependency stuff can find it.
     */
     // 初始化bootClassPath,它是以全局的指针,指向所有依赖的jar
    gDvm.bootClassPath = cpe;

    /*
     * Go through a second time, pulling stuff out.
     */
    cp = mangle;
    idx = 0;
    while (cp < end) {
        if (*cp == '\0') {
            /* leading, trailing, or doubled ':'; ignore it */
        } else {
            if (isBootstrap &&
                    dvmPathToAbsolutePortion(cp) == NULL) {
                ALOGE("Non-absolute bootclasspath entry '%s'", cp);
                free(cpe);
                cpe = NULL;
                goto bail;
            }

            ClassPathEntry tmp;
            tmp.kind = kCpeUnknown;
            tmp.fileName = strdup(cp);
            tmp.ptr = NULL;

            /*
             * Drop an end marker here so DEX loader can walk unfinished
             * list.
             */
            cpe[idx].kind = kCpeLastEntry;
            cpe[idx].fileName = NULL;
            cpe[idx].ptr = NULL;

            if (!prepareCpe(&tmp, isBootstrap)) {
                /* drop from list and continue on */
                free(tmp.fileName);
            } else {
                /* copy over, pointers and all */
                cpe[idx] = tmp;
                idx++;
            }
        }

        cp += strlen(cp) +1;
    }
    assert(idx <= count);
    if (idx == 0 && !gDvm.optimizing) {
        /*
         * There's no way the vm will be doing anything if this is the
         * case, so just bail out (reasonably) gracefully.
         */
        ALOGE("No valid entries found in bootclasspath '%s'", pathStr);
        gDvm.lastMessage = pathStr;
        dvmAbort();
    }

    LOGVV("  (filled %d of %d slots)", idx, count);

    /* put end marker in over-alloc slot */
    cpe[idx].kind = kCpeLastEntry;
    cpe[idx].fileName = NULL;
    cpe[idx].ptr = NULL;

    //dumpClassPath(cpe);

bail:
    free(mangle);
    gDvm.bootClassPath = cpe;
    return cpe;
}

BOOTCLASSPATH包含多个文件,这里的处理方式就是将每一个jar都封装成一个ClassPathEntry对象,每一个ClassPathEntry对象都指向一个jar包。

static bool prepareCpe(ClassPathEntry* cpe, bool isBootstrap)
{
    struct stat sb;

    if (stat(cpe->fileName, &sb) < 0) {
        ALOGD("Unable to stat classpath element '%s'", cpe->fileName);
        return false;
    }
    if (S_ISDIR(sb.st_mode)) {
        ALOGE("Directory classpath elements are not supported: %s", cpe->fileName);
        return false;
    }

    char suffix[10];
    getFileNameSuffix(cpe->fileName, suffix, sizeof(suffix));

    if ((strcmp(suffix, "jar") == 0) || (strcmp(suffix, "zip") == 0) ||
            (strcmp(suffix, "apk") == 0)) {
        JarFile* pJarFile = NULL;
        if (dvmJarFileOpen(cpe->fileName, NULL, &pJarFile, isBootstrap) == 0) {
            cpe->kind = kCpeJar;
            cpe->ptr = pJarFile;
            return true;
        }
    } else if (strcmp(suffix, "dex") == 0) {
        RawDexFile* pRawDexFile = NULL;
        if (dvmRawDexFileOpen(cpe->fileName, NULL, &pRawDexFile, isBootstrap) == 0) {
            cpe->kind = kCpeDex;
            cpe->ptr = pRawDexFile;
            return true;
        }
    } else {
        ALOGE("Unknown type suffix '%s'", suffix);
    }

    ALOGD("Unable to process classpath element '%s'", cpe->fileName);
    return false;
}

上面代码应该很熟悉了,就是加载dex或者jar的过程。在文章Dalvik虚拟机对dex的加载过程中分析过。

上面主要工作就是:
(1)对于.jar/.zip/.apk结尾的文件,则调用dvmJarFileOpen进行处理。
对于.dex结尾的文件则调用dvmRawDexFileOpen进行处理。

(2)处理成功后,则设置ClassPathEntry的kind为KCpeJar或者是KCpeDex,代表文件的类型是Jar还是Dex。并且设置cpe->ptr指针为对应的文件(jar文件则是JarFile,Dex文件这是RawDexFile)

整个过程的关系图如下:

bootclassloader.png

参考文章:
http://www.cnblogs.com/jacobchen/p/3599483.html
http://www.infoq.com/cn/articles/android-in-depth-dalvik
http://blog.csdn.net/luoshengyang/article/details/8885792

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