热修复与插件化基础——dex与class

一、dex/class浅析

1、class与dex对比

类型	class文件	dex文件
定义	能够被jvm识别、加载并执行的文件格式	能够被dvm识别、加载并执行的文件格式
如何生成	使用java命令（javac）	使用java命令、dx命令
作用	记录一个类文件的所有信息	记录整个工程中所有类文件的信息

2、生成class与dex文件的指令

生成并运行class文件对于我们而言实在太熟悉了，这里只演示dex文件的生成与运行。

以 Hello World 为例：

public class Hello {
    public static void main(String[] args){
        System.out.println("Hello LQR!");
    }
}

1）生成dex文件

生成dex文件需要用到dx指令，与java指令一样，也是对应一个对应的程序来执行的，最好配置到环境变量中，具体可看文章末尾。

生成dex文件之前需要先生成class文件，所需指令如下：

javac -target 1.6 -source 1.6 Hello.java
dx --dex -- output Hello.dex Hello.class

2）运行dex文件

class文件的运行需要依赖jvm，同理，dex文件的运行需要依赖dvm，所以dex文件需要在Android上才能运行。所需指令如下：

adb push Hello.dex /storage/emulated/0
adb shell
dalvikvm -cp /sdcard/Hello.dex Hello

使用adb将dex文件放送到Android手机的SD卡目录之后，再使用adb进入shell，运行dvm指令即可。

二、class文件结构深入

1、class文件结构：

• 一种8位字节的二进制流文件
• 各个数据按顺序紧密的排列，无间隙
• 每个类或接口都单独占据一个class文件

2、class文件结构的详解：

一个class文件，包含下面表格的所有字段，

类型	名称	数量	说明
u4	magic	1	魔数，0xCAFEBAB
u2	minor_version	1	次版本号
u2	major_version	1	主版本号
u2	constant_pool_count	1	常量池中常量个数
cp_info	constant_pool	constant_pool_count-1	表类型数据集合，即常量池中每一项常量都是一个表，共有11种结构各不相同的表结构数据
u2	access_flags	1	访问标志，用于识别类或接口层次的访问信息
u2	this_class	1	类索引，用于确定这个类的全限定名
u2	super_class	1	父类索引，用于确定这个类父类的全限定名
u2	interfaces_count	1	接口索引计数器
u2	interfaces	interfaces_count	接口索引集合，用来描述这个类实现了哪些接口
u2	fields_count	1	字段表计数器，即字段表集合中的字段表数据个数
field_info	fields	fields_count	字段表集合，用于描述接口或类中声明的变量，包括类级别（static）和实例级别变量，不包括在方法内部声明的变量
u2	methods_count	1	方法表计数器，即方法表集合中的方法表数据个数
method_info	methods	methods_count	方法表集合，方法表结构和字段表结构一样
u2	attributes_count	1	属性订数器
attribute_info	attributes	attributes_count	在Class文件、属性表、方法表中都可以包含自己的属性表集合，用于描述某些场景的专有信息

1，无符号数，以u1、u2、u4、u8分别代表1个字节、2个字节、4个字节、8个字节的无符号数
2，表，以“_info”结尾，由多个无符号数或其它表构成的复合数据类型

源自：JVM笔记5：Class文件结构

3、class文件弊端：

由class文件结构（第3点）所导致

• 内存占用大，不适合移动端
• 堆栈的加载模式，加载速度慢
• 文件IO操作多，类查找慢

基于以上几个class文件的特点，又因为移动端运存较小（以当年的移动端手机为标准），class并不适合直接在移动端设备上运行。

二、dex文件结构深入

1、dex文件结构：

• 一种8位字节的二进制流文件
• 各个数据按顺序紧密的排列，无间隙
• 整个应用中所有java源文件都放在一个dex中

2、dex文件结构的详解：

dex文件与class文件的结构有很大的不同，如下图所示：

对应的字段说明如下表所示：

数据名称	解释
header	dex文件头部，记录整个dex文件的相关属性
string_ids	字符串数据索引，记录了每个字符串在数据区的偏移量
type_ids	类似数据索引，记录了每个类型的字符串索引
proto_ids	原型数据索引，记录了方法声明的字符串，返回类型字符串，参数列表
field_ids	字段数据索引，记录了所属类，类型以及方法名
method_ids	类方法索引，记录方法所属类名，方法声明以及方法名等信息
class_defs	类定义数据索引，记录指定类各类信息，包括接口，超类，类数据偏移量
data	数据区，保存了各个类的真实数据
link_data	连接数据区

3、dex头文件

下面是dex头文件中字段详解，与class文件的结构有部分相同的地方，但因为一个dex文件中包含n个class文件，在头文件中需要对所有class进行标记及记录相关信息，故会多出一些不同的字段。

字段名称	偏移值	长度	说明
magic	0x0	8	魔数字段，值为"dex\n035\0"
checksum	0x8	4	校验码
signature	0xc	20	sha-1签名
file_size	0x20	4	dex文件总长度
header_size	0x24	4	文件头长度，009版本=0x5c,035版本=0x70
endian_tag	0x28	4	标示字节顺序的常量
link_size	0x2c	4	链接段的大小，如果为0就是静态链接
link_off	0x30	4	链接段的开始位置
map_off	0x34	4	map数据基址
string_ids_size	0x38	4	字符串列表中字符串个数
string_ids_off	0x3c	4	字符串列表基址
type_ids_size	0x40	4	类列表里的类型个数
type_ids_off	0x44	4	类列表基址
proto_ids_size	0x48	4	原型列表里面的原型个数
proto_ids_off	0x4c	4	原型列表基址
field_ids_size	0x50	4	字段个数
field_ids_off	0x54	4	字段列表基址
method_ids_size	0x58	4	方法个数
method_ids_off	0x5c	4	方法列表基址
class_defs_size	0x60	4	类定义标中类的个数
class_defs_off	0x64	4	类定义列表基址
data_size	0x68	4	数据段的大小，必须4k对齐
data_off	0x6c	4	数据段基址

源自：Dex文件格式详解

对于class文件及dex文件的结构 都可以使用 “010 editor” 这个神器进行查看验证，网上也有相关的文章说明，有兴趣的道友可自行百度 或 访问如下2篇文章进行查阅了解，这里便不再啰嗦：

• JVM笔记5：Class文件结构
• Dex文件格式详解

4、dex文件的优势

dex文件的头文件与索引区部分，保存了所有类及类中数据的索引，因此，dvm可通过这两部分快速查找到对应类及数据，相对于直接运行class文件而言，效率上提升了不少。

三、dex与class两者的异同

经过上面对class文件与dex文件的结构进行大概的了解之后，我们可以得出如下几个结论：

• 本质上都是一样的，dex是从class文件演变而来的。
• class文件存在许多冗余信息，dex文件会去除冗余，并整合。

四、其他

1、配置Android及dx环境变量

以mac为例，windows请百度。

1. 到用户目录下：

cd ~

2. 打开.bash_profile文件

open -e .bash_profile

如果当前用户目录下没有.bash_profile，可以使用 touch .bash_profile 自行创建

export ANDROID_HOME=/Users/lqr/Library/Android/sdk
export PATH=${PATH}:${ANDROID_HOME}/tools
export PATH=${PATH}:${ANDROID_HOME}/platform-tools
export PATH=${PATH}:${ANDROID_HOME}/build-tools/27.0.3

ANDROID_HOME与build-tools的值需要根据电脑的情况修改。

3. 配置生效

source .bash_profile

4. 测试

在终端输入adb或dx命令看是否有命令反应即可。

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