ClassLoader类加载与热修复

ART 和 Dalvik

DVM也是实现了JVM规范的一个虚拟器，默认使用CMS垃圾回收器，但是与JVM运行 Class 字节码不同，DVM 执行 Dex(Dalvik Executable Format) ——专为 Dalvik 设计的一种压缩格式。Dex 文件是很多 .class 文件处理压缩后的产物，最终可以在 Android 运行时环境执行。

而ART(Android Runtime) 是在 Android 4.4 中引入的一个开发者选项，也是 Android 5.0 及更高版本的默认 Android 运行时。ART 和 Dalvik 都是运行 Dex 字节码的兼容运行时，因此针对 Dalvik 开发的应用也能在 ART 环境中运作。

dexopt与dexaot

dexopt

在Dalvik中虚拟机在加载一个dex文件时，对 dex 文件进行验证和优化的操作，其对 dex 文件的优化结果变成了 odex(Optimized dex) 文件，这个文件和 dex 文件很像，只是使用了一些优化操作码。

dex2oat

ART 预先编译机制，在安装时对 dex 文件执行AOT 提前编译操作，编译为OAT(实际上是ELF文件)可执行文件(机器码)。

ART 预先编译机制

ClassLoader介绍

任何一个 Java 程序都是由一个或多个 class 文件组成，在程序运行时，需要将class文件加载到 JVM 中才可以使用，负责加载这些 class 文件的就是 Java 的类加载机制。ClassLoader 的作用简单来说就是加载 class 文件，提供给程序运行时使用。每个 Class 对象的内部都有一个 classLoader 字段来标识自己是由哪个 ClassLoader 加载的。

class Class<T> { 
    ...
    private transient ClassLoader classLoader; 
    ...
}

ClassLoader是一个抽象类，而它的具体实现类主要有:

BootClassLoader

用于加载Android Framework层class文件。
PathClassLoader

用于Android应用程序类加载器。可以加载指定的dex，以及jar、zip、apk中的classes.dex
DexClassLoader

用于加载指定的dex，以及jar、zip、apk中的classes.dex

很多博客里说PathClassLoader只能加载已安装的apk的dex，其实这说的应该是在dalvik虚拟机上

但现在一般不用关心dalvik了。

Log.e(TAG, "Activity.class 由:" + Activity.class.getClassLoader() +" 加载"); 
Log.e(TAG, "MainActivity.class 由:" + getClassLoader() +" 加载");
//输出:
Activity.class 由:java.lang.BootClassLoader@d3052a9 加载
    
MainActivity.class 由:dalvik.system.PathClassLoader[DexPathList[[zip file "/data/app/com.enjoy.enjoyfix-1/base.apk"],nativeLibraryDirectories= [/data/app/com.enjoy.enjoyfix-1/lib/x86, /system/lib, /vendor/lib]]] 加载

image

PathClassLoader 与 DexClassLoader 的共同父类是 BaseDexClassLoader 。

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

可以看到两者唯一的区别在于:创建 DexClassLoader 需要传递一个 optimizedDirectory 参数，并且会将其创建为 File 对象传给 super ，而 PathClassLoader 则直接给到null。因此两者都可以加载指定的dex，以及jar、 zip、apk中的classes.dex

PathClassLoader pathClassLoader = new PathClassLoader("/sdcard/xx.dex", getClassLoader());
File dexOutputDir = context.getCodeCacheDir();
DexClassLoader dexClassLoader = new DexClassLoader("/sdcard/xx.dex",dexOutputDir.getAbsolutePath(), null,getClassLoader());

其实, optimizedDirectory 参数就是dexopt的产出目录(odex)。那 PathClassLoader 创建时，这个目录为null，就意味着不进行dexopt?并不是， optimizedDirectory 为null时的默认路径为:/data/dalvik-cache。

在API 26源码中，将DexClassLoader的optimizedDirectory标记为了 deprecated 弃用，实现也变为了:

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

和PathClassLoader一摸一样了!

双亲委托机制

可以看到创建 ClassLoader 需要接收一个 ClassLoader parent 参数。这个 parent 的目的就在于实现类加载的双亲委托。即:
某个类加载器在接到加载类的请求时，首先将加载任务委托给父类加载器，依次递归，如果父类加载器可以完成类加载任务，就成功返回;只有父类加载器无法完成此加载任务时，才自己去加载。

 protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException{
    // 检查class是否有被加载
    Class c = findLoadedClass(name); 
    if (c == null) {
    long t0 = System.nanoTime(); 
        try {
            if (parent != null) { //如果parent不为null，则调用parent的loadClass进行加载 
                c = parent.loadClass(name, false);
            } else { //parent为null，则调用BootClassLoader进行加载 
                c = findBootstrapClassOrNull(name);
            }
        } catch (ClassNotFoundException e) {
        }
        if (c == null) {
            // 如果都找不到就自己查找
            long t1 = System.nanoTime(); c = findClass(name);
        } 
    }
    return c; 
 }

因此我们自己创建的ClassLoader: new PathClassLoader("/sdcard/xx.dex", getClassLoader()); 并不仅仅只能加载 xx.dex中的class。

值得注意的是: c = findBootstrapClassOrNull(name);

按照方法名理解，应该是当parent为null时候，也能够加载 BootClassLoader 加载的类。

new PathClassLoader("/sdcard/xx.dex", null) ，能否加载Activity.class?

但是实际上，Android当中的实现为:(Java不同)

findClass

可以看到在所有父ClassLoader无法加载Class时，则会调用自己的 findClass 方法。 findClass 在ClassLoader中的定义为:

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

其实任何ClassLoader子类，都可以重写 loadClass 与 findClass 。一般如果你不想使用双亲委托，则重写 loadClass 修改其实现。而重写 findClass 则表示在双亲委托下，父ClassLoader都找不到Class的情况下，定义自己如何去查找一个Class。而我们的 PathClassLoader 会自己负责加载 MainActivity 这样的程序中自己编写的类，利用双亲委托父ClassLoader加载Framework中的 Activity 。说明 PathClassLoader 并没有重写 loadClass ，因此我们可以来看看PathClassLoader中的 findClass 是如何实现的。

 
public BaseDexClassLoader(String dexPath, File optimizedDirectory,String
                        librarySearchPath, ClassLoader parent) {
    super(parent);
    this.pathList = new DexPathList(this, dexPath, librarySearchPath,optimizedDirectory);
}
@Override
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException { 
    List<Throwable> suppressedExceptions = new ArrayList<Throwable>(); 
    //查找指定的class
    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); 
        }
    } 
    return c;
}

实现非常简单，从 pathList 中查找class。继续查看 DexPathLis

public DexPathList(ClassLoader definingContext, String dexPath,
            String librarySearchPath, File optimizedDirectory) {
//.........
// splitDexPath 实现为返回 List<File>.add(dexPath)
// makeDexElements 会去 List<File>.add(dexPath) 中使用DexFile加载dex文件返回 Element数组 
    this.dexElements = makeDexElements(splitDexPath(dexPath), optimizedDirectory,
}

public Class findClass(String name, List<Throwable> suppressed) { 
    //从element中获得代表Dex的 DexFile
    for (Element element : dexElements) { 
        DexFile dex = element.dexFile;
        if (dex != null) {
        //查找class
        Class clazz = dex.loadClassBinaryName(name, definingContext, suppressed); 
            if (clazz != null) {
                 return clazz;
            }
        } 
    }
    if (dexElementsSuppressedExceptions != null) { 
        suppressed.addAll(Arrays.asList(dexElementsSuppressedExceptions));
    }
    return null;
}

热修复

PathClassLoader 中存在一个Element数组，Element类中存在一个dexFile成员表示dex文件，即:APK中有X个 dex，则Element数组就有X个元素。

image

在 PathClassLoader 中的Element数组为:[patch.dex , classes.dex , classes2.dex]。如果存在Key.class位于 patch.dex与classes2.dex中都存在一份，当进行类查找时，循环获得 dexElements 中的DexFile，查找到了 Key.class则立即返回，不会再管后续的element中的DexFile是否能加载到Key.class了。

因此实际上，一种热修复实现可以将出现Bug的class单独的制作一份fix.dex文件(补丁包)，然后在程序启动时，从服务器下载fix.dex保存到某个路径，再通过fix.dex的文件路径，用其创建 Element 对象，然后将这个 Element 对象插入到我们程序的类加载器 PathClassLoader 的 pathList 中的 dexElements 数组头部。这样在加载出现Bug的 class时会优先加载fix.dex中的修复类，从而解决Bug。

ClassLoader类加载与热修复

ClassLoader类加载与热修复

ART 和 Dalvik

dexopt与dexaot

ClassLoader介绍

双亲委托机制

findClass

热修复

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