ClassLoader详解

一.Java中的ClassLoader。

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1.Bootstrp loader
Bootstrp加载器是用C++语言写的,它是在Java虚拟机启动后初始化的,它主要
负责加载%JAVA_HOME%/jre/lib,-Xbootclasspath参数指定的路径以
及%JAVA_HOME%/jre/classes中的类。
2.ExtClassLoader
Bootstrp loader加载ExtClassLoader,并且将ExtClassLoader的父加载器设置为
Bootstrp loader.ExtClassLoader是用Java写的,具体来说就是
sun.misc.Launcher$ExtClassLoader,ExtClassLoader主要加
载%JAVA_HOME%/jre/lib/ext,此路径下的所有classes目录以及java.ext.dirs系统
变量指定的路径中类库。
3.AppClassLoader
Bootstrp loader加载完ExtClassLoader后,就会加载AppClassLoader,并且将
AppClassLoader的父加载器指定为 ExtClassLoader。AppClassLoader也是用
Java写成的,它的实现类是 sun.misc.Launcher$AppClassLoader,另外我们知道
ClassLoader中有个getSystemClassLoader方法,此方法返回的正是
AppclassLoader.AppClassLoader主要负责加载classpath所指定的位置的类或者
是jar文档,它也是Java程序默认的类加载器。
4.CustomClassLoader
Java中提供的默认ClassLoader,只加载指定目录下的jar和class,如果我们想加
载其它位置的类或jar时,比如:我要加载网络上的一个class文件,通过动态加载
到内存之后,要调用这个类中的方法实现我的业务逻辑。在这样的情况下,默认
的ClassLoader就不能满足我们的需求了,所以需要定义自己的ClassLoader。

二.Android中的ClassLoader详解.

1.android中ClassLoader的种类。
a.BootClassLoader:主要用来加载android FrameWork层的一些class字节码文件。
b.PathClassLoader:主要用来加载已经安装到系统中的APK 文件中的class(与java中的AppClassLoader类似)。
c.DexClassLoader:用来加载指定目录下的class字节码文件(与java中的自定义ClassLoader类似)。
d.BaseDexClassLoader:父类,PathClassLoader和DexClassLoader都是它的子类。
2.android中ClassLoader的特点和作用。
特点:
双亲代理模式加载class字节码。
双亲代理模式:ClassLoader在加载一个字节码时,首先会询问 当前的
ClassLoader是否已经加载过此类,如果已经加载过就直接返回,不在重复的去
加载,如果没有的话,会查询它的parent是否已经加载过此类,如果加载过那
么就直接返回parent加载过的字节码文件,如果整个继承线路上都没有加载过
此类,最后由子ClassLoader执行真正的加载。这样做的好处:如果一个类被位
于树中的任意ClassLoader节点加载过,就会缓存在内存里,那么在以后的整个
系统的生命周期中这个类都不会在被重新加载,大大提高了加载类的效率。
作用:
类加载共享功能
类加载的隔离功能:不同继承线路上加载的类肯定不是同一个类,避免用户自己
去写一些代码,冒充我们核心的类库。
问题:怎么样的类才被认为是同一个类?
包名和类名相同就可以吗?不是,还要再加上是被同一个ClassLoader加载的。
三个条件都满足,才能说是同一个类。
3.ClassLoader源码。
我们首先看一下ClassLoader中的最核心的方法loadClass。

public Class<?> loadClass(String className) throws ClassNotFoundException {
       return loadClass(className, false);
}

protected Class<?> loadClass(String className, boolean resolve) throws ClassNotFoundException {
        Class<?> clazz = findLoadedClass(className);
        if (clazz == null) {
            ClassNotFoundException suppressed = null;
            try {
                clazz = parent.loadClass(className, false);
            } catch (ClassNotFoundException e) {
                suppressed = e;
            }

            if (clazz == null) {
                try {
                    clazz = findClass(className);
                } catch (ClassNotFoundException e) {
                    e.addSuppressed(suppressed);
                    throw e;
                }
            }
        }
    return clazz;
}

1.首先调用findLoadedClass查看自身是否加载过该name的类文件。
2.如果没有,调用父ClassLoader的loadClass看是否加载过类文件。
3.如果父classLoader也没有加载过,表明我们这个类从来没有没加载过,则调用自身的findClass方法去dex文件中查找这个类。
4.以上就是双亲委托模式,首先看自己加载过没有,如果没有就看父classLoader加载过没有。
接下来看一下findClass方法是如何实现的。

protected Class<?> findClass(String className) throws ClassNotFoundException {
       throw new ClassNotFoundException(className);
}

该方法是个空实现,这样做的意义是交给他的子类去实现,这样子类就可以定义不同的查找行为。
接下来看一下子类的实现。
DexClassLoader:

public DexClassLoader(String dexPath, String optimizedDirectory,
            String libraryPath, ClassLoader parent) {
        super(dexPath, new File(optimizedDirectory), libraryPath, parent);
}

DexClassLoader实现非常简单,只有一个构造方法,该ClassLoader可以加载来自jar和apk中的dex文件中的类,因此DexClassLoader可以加载一些并没有安装到系统应用中的一些类 所以说DexClassLoader是我们动态加载的核心。
dexPath:指定要加载的dex文件的路径,包含多个路径用File.pathSeparator间隔开,在Android上默认是 ":" 。
optimizedDirectory:从apk中解析出dex文件存储的路径,一般是应用程序内部路径 。
libraryPath:目标类中使用的C/C++库的列表,每个目录用File.pathSeparator间隔开; 可以为 null。
parent:该类装载器的父装载器,一般用当前执行类的装载器。
接下来看一下同样继承BaseDexClassLoader类的PathClassLoader。
PathClassLoader同样很简单,有两个构造方法。

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

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

我们主要看一下第二个构造方法。
与DexClassLoader构造方法唯一的区别就是少了要拷贝的dex文件的路径,因此PathClassLoader只能加载安装到系统中的APK文件。
接下来看一下这两个类的父类BaseDexClassLoader是如何完成类的查找的。

private final DexPathList pathList;

BaseDexClassLoader类里面定义了一个DexPathList,存储的是dex的集合,因为apk是可以dex分包,它里面含有一个DexElement的集合,每一个Element就对应一个dex文件,先看一下核心的方法findClass。

@Override
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        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;
     }

它是通过成员变量pathList的findClass方法 ,传入我们要查找的类名,来寻找我们的class字节码 ,所以说BaseDexClassLoader也不是真正查找类的地方,接下来就到DexPathList中去看一下类是如何查找的。
我们首先看一下它的一些成员变量。

private static final String DEX_SUFFIX = ".dex";
private final ClassLoader definingContext;
private final Element[] dexElements;

DEX_SUFFIX:表示要加载的文件都是.dex后缀。
definingContext:在构造方法中传入的 。
dexElements:Element是DexPathList中的一个内部类,里面最核心的就是DexFile。
接下来看一下构造方法:

public DexPathList(ClassLoader definingContext, String dexPath,
                       String libraryPath, File optimizedDirectory) {

        if (definingContext == null) {
            throw new NullPointerException("definingContext == null");
        }

        if (dexPath == null) {
            throw new NullPointerException("dexPath == null");
        }

        if (optimizedDirectory != null) {
            if (!optimizedDirectory.exists()) {
                throw new IllegalArgumentException(
                        "optimizedDirectory doesn't exist: "
                                + optimizedDirectory);
            }

            if (!(optimizedDirectory.canRead()
                    && optimizedDirectory.canWrite())) {
                throw new IllegalArgumentException(
                        "optimizedDirectory not readable/writable: "
                                + optimizedDirectory);
            }
        }

        this.definingContext = definingContext;

        ArrayList<IOException> suppressedExceptions = new ArrayList<IOException>();
        // save dexPath for BaseDexClassLoader
        this.dexElements = makePathElements(splitDexPath(dexPath), optimizedDirectory,suppressedExceptions);

        this.nativeLibraryDirectories = splitPaths(libraryPath, false);
        this.systemNativeLibraryDirectories =
                splitPaths(System.getProperty("java.library.path"), true);
        List<File> allNativeLibraryDirectories = new ArrayList<>(nativeLibraryDirectories);
        allNativeLibraryDirectories.addAll(systemNativeLibraryDirectories);

        this.nativeLibraryPathElements = makePathElements(allNativeLibraryDirectories, null,
                suppressedExceptions);

        if (suppressedExceptions.size() > 0) {
            this.dexElementsSuppressedExceptions =
                    suppressedExceptions.toArray(new IOException[suppressedExceptions.size()]);
        } else {
            dexElementsSuppressedExceptions = null;
        }
    }

初始化一些成员变量,this.definingContext赋值,最重要的就是this.dexElements = makePathElements(splitDexPath(dexPath), optimizedDirectory,suppressedExceptions);这行代码,来初始化Element数组,下面看下该方法的实现。

private static Element[] makePathElements(List<File> files, File optimizedDirectory, List<IOException> suppressedExceptions) {
        List<Element> elements = new ArrayList<>();

        for (File file : files) {
            File zip = null;
            File dir = new File("");
            DexFile dex = null;
            String path = file.getPath();
            String name = file.getName();

            if (path.contains(zipSeparator)) {
                String split[] = path.split(zipSeparator, 2);
                zip = new File(split[0]);
                dir = new File(split[1]);
            } else if (file.isDirectory()) {
                ng up resources in directories is useful for running libcore tests.
                        elements.add(new Element(file, true, null, null));
            } else if (file.isFile()) {
                if (name.endsWith(DEX_SUFFIX)) {               // Raw dex file (not inside a zip/jar).
                    try {
                        dex = loadDexFile(file, optimizedDirectory);
                    } catch (IOException ex) {
                        System.logE("Unable to load dex file: " + file, ex);
                    }
                } else {
                    zip = file;
                    try {
                        dex = loadDexFile(file, optimizedDirectory);
                    } catch (IOException suppressed) {
                        suppressedExceptions.add(suppressed);
                    }
                }
            } else {
                System.logW("ClassLoader referenced unknown path: " + file);
            }
            if ((zip != null) || (dex != null)) {
                elements.add(new Element(dir, false, zip, dex));
            }
        }
        return elements.toArray(new Element[elements.size()]);
    }

该方法就是解析dex文件成对应的DexElement
1.遍历所有的dex文件。
2.将dex文件转化成对应的DexFile对象。
3.如果是.dex结尾(针对PathClassLoader处理),调用loadDexFile方法。
4.如果.dex .jar .apk 结尾 (针对DexClassLoader处理) ,调用loadDexFile方法。

三.Android中的动态加载比一般Java程序复杂在哪里

1.有许多组件类需要注册才能使用(Activity、Service需要在AndroidManifest中注
   册后才能使用)。
2.资源的动态加载比较复杂。(资源也需要注册)
总结来说就是android的动态加载需要一个上下文环境。
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