Android MultiDex原理及实现记录

在慕课网上学习了Android Multidex原理及实现，做了一份比较详细的记录，感觉还是挺有收获的，非常感谢作者gavin2008

1、什么是分包及分包可以解决什么问题

重命名Android应用的apk包的格式为rar后缀，解压后会发现这个apk的目录结构如下：

apk
    --AndroidManifest.xml
    --R
    --resource.arsc
    --asssets
    --lib
    --META-INF
    --classes.dex

分别是

• 配置文件AndroidManifest.xml
• R资源文件，存放drawable、String等资源
• 资源索引resourece.arsc
• 未经过压缩处理保留原文件的assets资源，没有id
• lib第三方依赖so库
• apk包的签名信息META-INF
• 以及代码文件dex

在Android里面，每一个classes.dex会使用short类型来表示一个dex包的方法数，如果方法数目大于65535，超过short类型所能表示的最大值，就会发生以下异常：

UNEXPECTED TOP-LEVEL EXCEPTION:
com.android.dex.DexIndexOverflowException: method ID not in [0, 0xffff]: 65536
        at com.android.dx.merge.DexMerger$6.updateIndex(DexMerger.java:484)
        at com.android.dx.merge.DexMerger$IdMerger.mergeSorted(DexMerger.java:261)
        at com.android.dx.merge.DexMerger.mergeMethodIds(DexMerger.java:473)
        at com.android.dx.merge.DexMerger.mergeDexes(DexMerger.java:161)
        at com.android.dx.merge.DexMerger.merge(DexMerger.java:188)
        at com.android.dx.command.dexer.Main.mergeLibraryDexBuffers(Main.java:504)
        at com.android.dx.command.dexer.Main.runMonoDex(Main.java:334)
        at com.android.dx.command.dexer.Main.run(Main.java:277)
        at com.android.dx.command.dexer.Main.main(Main.java:245)
        at com.android.dx.command.Main.main(Main.java:106)

而分包技术，会把大于64k方法数的代码分包成多个dex包，可以解决这样的问题。

2、Java中Classloader机制介绍

• AppClassLoader

Java类的全名是sun.misc.Launcher$AppClassLoader，主要加载工程目录CLASSPATH，AppDemo/bin路径下的包

Class mainClass = Main.class;
ClassLoader mainLoader = mainClass.getClassLoader();

// 输出全名sun.misc.Launcher$AppClassLoader
mainLoader.toString() 

// 加载的是该项目的CLASSPATH路径，AppDemo/bin
URL urls = ((URLClassLoader) mainLoader).getURLs(); 

• ExtClassLoader（AppClassLoader的parent）

Java类的全名是sun.misc.Launcher$ExtClassLoader，主要加载jre/lib/ext/目录下的扩展包

• BootstrapClassLoader（需要通过反射获取）

纯C++实现的类加载器，没有对应的Java类，主要加载jre/lib/目录下的核心库。

此目录下的rt.jar中的ArrayList.getClassLoader()打印出来之后是null，因为没有对应的Java类。

3、父委托机制

能够提高软件系统的安全性。如果建立了一个包名 + 类名完全一样的ArrayList，Java虚拟器仍然会加载到JDK中的jre/lib/rt.jar里面的ArrayList，从而不会被用户轻易修改。

image

父加载器指的是委托机制中的父级别，并非父类。

4、Android中常用的类加载器

• PathClassLoader

加载/data/app目录下的apk文件，从这个目录看看看出，PathClassLoader主要用来加载已经安装好了的apk

• DexClassLoader

加载路径需要在创建DexClassLoader时传入，也就是说可以加载任何路径下的apk/dex/jar

• BaseClassLoader

DexPathList，操作dex文件的对象

findClass()，查找dex列表中的Class

Element[]，存放dex文件的数组

它们的继承关系如下图所示：

image

5、AndroidStudio中使用Gradle实现分包方案的代码实现

Google官方文档：Configure Apps with Over 64K Methods

现在开发Android应用，能达到突破64k方法的项目，应该都是使用AndroidStudio来开发了吧，下面介绍Gradle的实现方案。在build.gradle文件里面配置如下

android {
    defaultConfig {
        ...
        minSdkVersion 15 
        targetSdkVersion 26
        multiDexEnabled true
    }
    ...
}

dependencies {
  compile 'com.android.support:multidex:1.0.1'
}

没有重写Application，需要在AndroidManifest.xml添加

    
        ...
    

重写了Application，没有继承其他Application的情况下：

public class MyApplication extends MultiDexApplication { ... }

重写了Application，继承了其他自定义Application的情况下：

public class MyApplication extends SomeOtherApplication {
  @Override
  protected void attachBaseContext(Context base) {
     super.attachBaseContext(base);
     MultiDex.install(this);
  }
}

6、MultiDex原理

方案一

根据父委托机制的原理，在PathClassLoader和BootClassLoader中间插入DexClassLoader，这样就可以实现由DexClasLoader加载自定义的dex文件jar中的类。

image

方案二

将DexClassLoader的Element[]追加到PathClassLoader中，也就是把所有dex文件都放在了PathClassLoader的PathDexList中。

image

MultiDex源码如下

/**
 * 将DexClassLoader的Element[]追加到PathClassLoader中
 */
private static void install(ClassLoader loader, List additionalClassPathEntries, File optimizedDirectory) throws IllegalArgumentException, IllegalAccessException, NoSuchFieldException, InvocationTargetException, NoSuchMethodException {
    
    // ...
    
    Field pathListField = MultiDex.findField(loader, "pathList");
    Object dexPathList = pathListField.get(loader);
    ArrayList suppressedExceptions = new ArrayList();
    MultiDex.expandFieldArray(dexPathList, "dexElements", makeDexElements(dexPathList, new ArrayList(additionalClassPathEntries), optimizedDirectory, suppressedExceptions));

    // ...
}

/**
 * 数组复制过程
 */
private static void expandFieldArray(Object instance, String fieldName, Object[] extraElements) throws NoSuchFieldException, IllegalArgumentException, IllegalAccessException {
    Field jlrField = findField(instance, fieldName);
    Object[] original = (Object[])((Object[])jlrField.get(instance));
    Object[] combined = (Object[])((Object[])Array.newInstance(original.getClass().getComponentType(), original.length + extraElements.length));
    System.arraycopy(original, 0, combined, 0, original.length);
    System.arraycopy(extraElements, 0, combined, original.length, extraElements.length);
    jlrField.set(instance, combined);
}

7、两种分包方案的比较

相对于Eclipse中的Ant脚本，以及AndroidStudio中的Gradle脚本

• Ant分包

优点
可以指定哪些类放入分Dex

缺点
分Dex不能混淆，如果分Dex中引用了主Dex中的类，那么此方法失效

• Gradle分包

优点
使用简单，分Dex可以混淆

缺点
无法定制放入哪些类到分Dex

8、总结

理解Android的分包原理之后，对于理解插件技术、热修复技术会有很大的帮助。