MultiDex与热修复实现原理(一)ClassLoader原理

一、Android的ClassLoader体系

MultiDex与热修复实现原理(一)ClassLoader原理_第1张图片
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DexClassLoader的构造函数

public class DexClassLoader extends BaseDexClassLoader {
    // dexPath:是加载apk/dex/jar的路径
    // optimizedDirectory:是dex的输出路径(因为加载apk/jar的时候会解压除dex文件,这个路径就是保存dex文件的)
    // libraryPath:是加载的时候需要用到的lib库,这个一般不用
    // parent:给DexClassLoader指定父加载器
    public DexClassLoader(String dexPath, String optimizedDirectory,
            String libraryPath, ClassLoader parent) {
        super(dexPath, new File(optimizedDirectory), libraryPath, parent);
    }
}

可以看出,它调用的是父类的构造函数,所以直接来看BaseDexClassLoader的构造函数。

public BaseDexClassLoader(String dexPath, File optimizedDirectory,
        String libraryPath, ClassLoader parent) {
    super(parent);
    this.pathList = new DexPathList(this, dexPath, libraryPath, optimizedDirectory);
}

可以看到,它创建了一个DexPathList实例,下面来看看构造函数。

private final Element[] dexElements;
 
// definingContext对应的就是当前classLoader
// dexPath对应的就是上面传进来的apk/dex/jar的路径
// libraryPath就是上面传进来的加载的时候需要用到的lib库的目录,这个一般不用
// optimizedDirectory就是上面传进来的dex的输出路径
public DexPathList(ClassLoader definingContext, String dexPath,
        String libraryPath, File optimizedDirectory) {
    ArrayList suppressedExceptions = new ArrayList();
    this.dexElements = makeDexElements(splitDexPath(dexPath), optimizedDirectory,suppressedExceptions);
}

可以看到它调用的是makeDexElements方法,这个方法就是得到一个装有dex文件的数组Element[],每个Element对象里面包含一个DexFile对象成员,它对应的就是dex文件。

static class Element {
    private final File file; 
    private final boolean isDirectory; 
    private final File zip;
    private final DexFile dexFile;
    ......
}

具体了解一下makeDexElements方法。

// files是一个ArrayList列表,它对应的就是apk/dex/jar文件,因为我们可以指定多个文件。
// optimizedDirectory是前面传入dex的输出路径
// suppressedExceptions为一个异常列表
private static Element[] makeDexElements(ArrayList files, File optimizedDirectory,
                                         ArrayList suppressedExceptions) {
    ArrayList elements = new ArrayList();
    /*
     * Open all files and load the (direct or contained) dex files
     * up front.
     */
    for (File file : files) {
        File zip = null;
        DexFile dex = null;
        String name = file.getName();
 
        // 如果是一个dex文件
        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);
            }
        // 如果是一个apk或者jar或者zip文件
        } else if (name.endsWith(APK_SUFFIX) || name.endsWith(JAR_SUFFIX)
                || name.endsWith(ZIP_SUFFIX)) {
            zip = file;
 
            try {
                dex = loadDexFile(file, optimizedDirectory);
            } catch (IOException suppressed) {
                /*
                 * IOException might get thrown "legitimately" by the DexFile constructor if the
                 * zip file turns out to be resource-only (that is, no classes.dex file in it).
                 * Let dex == null and hang on to the exception to add to the tea-leaves for
                 * when findClass returns null.
                 */
                suppressedExceptions.add(suppressed);
            }
        } else if (file.isDirectory()) {
            // We support directories for looking up resources.
            // This is only useful for running libcore tests.
            elements.add(new Element(file, true, null, null));
        } else {
            System.logW("Unknown file type for: " + file);
        }
 
        if ((zip != null) || (dex != null)) {
            elements.add(new Element(file, false, zip, dex));
        }
    }
 
    return elements.toArray(new Element[elements.size()]);
}

Element,它里面具体包含哪些元素,现在从上面代码我们就可以知道了。

static class Element {
    private final File file;  // 它对应的就是需要加载的apk/dex/jar文件
    private final boolean isDirectory; // 第一个参数file是否为一个目录,一般为false,因为我们传入的是要加载的文件
    private final File zip;  // 如果加载的是一个apk或者jar或者zip文件,该对象对应的就是该apk或者jar或者zip文件
    private final DexFile dexFile; // 它是得到的dex文件
    ......
}

主要调用loadDexFile方法。

// file为需要加载的apk/dex/jar文件
// optimizedDirectorydex的输出路径
private static DexFile loadDexFile(File file, File optimizedDirectory)
        throws IOException {
    if (optimizedDirectory == null) {
        return new DexFile(file);
    } else {
        String optimizedPath = optimizedPathFor(file, optimizedDirectory);
        return DexFile.loadDex(file.getPath(), optimizedPath, 0);
    }
}

如果我们没有指定dex输出目录的话,就直接创建一个DexFile对象,如果我们指定了dex输出目录,我们就需要构造dex输出路径。

optimizedPathFor方法用来得到输出文件dex路径,就是optimizedDirectory/filename.dex,optimizedDirectory是前面指定的输出目录,filename就是加载的文件名,后缀为.dex,最终构造得到一个输出dex文件路径.

下面我们重点看看DexFile.loadDex方法。

static public DexFile loadDex(String sourcePathName, String outputPathName,
    int flags) throws IOException {
    return new DexFile(sourcePathName, outputPathName, flags);
}

总结一下

  1. 在DexClassLoader我们指定了加载的apk/dex/jar文件和dex输出路径optimizedDirectory,它最终会被解析得到DexFile文件。
  2. 将DexFile文件对象放在Element对象里面,它对应的就是Element对象的dexFile成员变量。
  3. 将这个Element对象放在一个Element[]数组中,然后将这个数组返回给DexPathList的dexElements成员变量。
  4. DexPathList是BaseDexClassLoader的一个成员变量。

最终得到一个装有dex文件的数组Element[],每个Element对象里面包含一个DexFile对象成员,它对应的就是dex文件。

MultiDex与热修复实现原理(一)ClassLoader原理_第2张图片
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调用dexClassLoader的loadClass,得到加载的dex里面的指定的Class.

clazz = dexClassLoader.loadClass("com.example.apkplugin.PluginTest");

分析一下loadClass方法。因为DexClassLoader和BaseDexClassLoader都没有实现loadClass方法,所以最终调用的是ClassLoader的loadClass方法。

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;
}

它调用的是findClass方法,由于DexClassLoader没有实现这个方法,所以我们看BaseDexClassLoader的findClass

@Override
protected Class findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
    List suppressedExceptions = new ArrayList();
    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;
}

pathList就是前面创建的DexPathList对象,从上面我们知道,我们加载的dex文件都存放在它的exElements成员变量上面,dexElements就是Element[]数组,所以可以看到BaseDexClassLoader的findClass方法调用的是pathList的findClass方法。

可以看到BaseDexClassLoader的findClass方法调用的是DexPathList的findClass方法。

public Class findClass(String name, List suppressed) {
    for (Element element : dexElements) {
        DexFile dex = element.dexFile;
 
        if (dex != null) {
            Class clazz = dex.loadClassBinaryName(name, definingContext, suppressed);
            if (clazz != null) {
                return clazz;
            }
        }
    }
    if (dexElementsSuppressedExceptions != null) {
        suppressed.addAll(Arrays.asList(dexElementsSuppressedExceptions));
    }
    return null;
}

可以看到它就是遍历dexElements数组,从每个Element对象中拿到DexFile类型的dex文件,然后就是从dex去加载所需要的class文件,直到找到为止。

总结:一个ClassLoader可以包含多个dex文件,每个dex文件是一个Element,多个dex文件排列成一个有序的数组dexElements,当找类的时候,会按顺序遍历dex文件,然后从当前遍历的dex文件中找类,如果找类则返回,如果找不到从下一个dex文件继续查找。

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