Android动态加载Dex机制解析

1.什么是类加载器？

   类加载器（class loader）是 Java™中的一个很重要的概念。类加载器负责加载 Java 类的字节代码到 Java 虚拟机中。
Java 虚拟机使用 Java 类的方式如下：Java 源程序（.java 文件）在经过 Java 编译器编译之后就被转换成 Java 字节代码（.class 文件）。类加载器负责读取 Java 字节代码，并转换成java.lang.Class类的一个实例。每个这样的实例用来表示一个 Java 类。通过此实例的 newInstance()方法就可以创建出该类的一个对象。实际的情况可能更加复杂，比如 Java 字节代码可能是通过工具动态生成的，也可能是通过网络下载的。
基本上所有的类加载器都是 java.lang.ClassLoader类的一个实例，需要了解ClassLoader可以参考这篇文章深入ClasssLoader

2.Dalvik虚拟机类加载机制

Dalvik虚拟机如同其他Java虚拟机一样，在运行程序时首先需要将对应的类加载到内存中。而在Java标准的虚拟机中，类加载可以从class文件中读取，也可以是其他形式的二进制流，因此，我们常常利用这一点，在程序运行时手动加载Class，从而达到代码动态加载执行的目的，但是Dalvik虚拟机毕竟不算是标准的Java虚拟机，因此在类加载机制上，它们有相同的地方，也有不同之处。

我们先看下下面这张关于Android Classload机制的图。

与JVM不同，Dalvik的虚拟机不能用ClassCload直接加载.dex，Android从ClassLoader派生出了两个类：DexClassLoader和PathClassLoader；而这两个类就是我们加载dex文件的关键，这两者的区别是：

1.DexClassLoader：可以加载jar/apk/dex，可以从SD卡中加载未安装的apk；
2.PathClassLoader：要传入系统中apk的存放Path，所以只能加载已经安装的apk文件。

关于Android 动态加载基础 ClassLoader工作机制大家可以参考这里：https://segmentfault.com/a/1190000004062880。

准备工作开始

一、打开Android studio 新建工程：

工程目录是这样的：

动态加载进来的class如何使用，一般有2种办法，一种是使用反射调用，这种我不多做介绍；还有一种是使用接口编程的方式来调用对应的方法， 毕竟.dex文件也是我们自己维护的，所以可以把方法抽象成公共接口，把这些接口也复制到主项目里面去，就可以通过这些接口调用动态加载得到的实例的方法了。

接下来我们源码包下面新建一个包名称是dynamic，然后在dynamic下新建一个interface接口Dynamic，里面有个接口方法，就叫sayHello()吧，返回一个String，到时候我们可以通过Toast弹出来，Dynamic.java：

package wangyang.zun.com.mydexdemo.dynamic;

/**
 * Created by WangYang on 2016/3/11.
 */
public interface Dynamic {
    String sayHello();
}

接着我们新建一个impl包，并实现Dynamic接口，DynamicImpl.java：

package wangyang.zun.com.mydexdemo.dynamic.impl;

import wangyang.zun.com.mydexdemo.dynamic.Dynamic;

/**
 * Created by WangYang on 2016/3/11.
 */
public class DynamicImpl implements Dynamic {

    @Override
    public String sayHello() {
        return new StringBuilder(getClass().getName()).append(" is loaded by DexClassLoader").toString();
    }
}

很简单输出一句话，"DynamicImpl is loaded by DexClassLoader."

具体的工程目录如下图：

点击Build -> make project，这时候会在build\intermediates\classes\debug目录下生成对应的classes文件。

好了我们要把DynamicImpl这个class转换成Dalvik可识别的dex文件，分两步：

1.先导出DynamicImpl这个类为jar包的形式；

2.通过android sdk自带的dx.jar工具转换jar包为dex文件。

完成第一步，当时遇到点麻烦，由于eclipse是基于ant并且有可视化工具，可以直接导出指定文件的jar包，但是android studio不行，那怎么办呢？

我们可以通过gradle task来打包，打开app目录下的build.gradle文件，切记不是根目录的build.gradle文件，加上以下代码：

//删除dynamic.jar包任务
task clearJar(type: Delete) {
    delete 'libs/dynamic.jar'
}

//打包任务
task makeJar(type:org.gradle.api.tasks.bundling.Jar) {
    //指定生成的jar名
    baseName 'dynamic'
    //从哪里打包class文件
    from('build/intermediates/classes/debug/wangyang/zun/com/mydexdemo/dynamic/')
    //打包到jar后的目录结构
    into('wangyang/zun/com/mydexdemo/dynamic/')
    //去掉不需要打包的目录和文件
    exclude('test/', 'Dynamic.class', 'BuildConfig.class', 'R.class')
    //去掉R$开头的文件
    exclude{ it.name.startsWith('R$');}
}
makeJar.dependsOn(clearJar, build)

打开AS的 terminal窗口: cd app进入app目录，执行gradle makeJar，然后等待直到出现Build Successfully，这时会在build目录下出现libs/dynamic.jar文件，这个文件就是我们要用的jar包，我们可以使用jd-gui打开看下是不是只有DynamicImpl这个class；

第二步，使用sdk提供的dx.jar将导出的dynamic.jar转换成Dalvik可识别的dex格式，新版的sdk已经将dx.jar放到build-tools\23.0.2\lib目录下，我们在dos下或者在Android studio terminal下面进入到此目录，然后运行下面的命令：

dx --dex --output=dynamic_dex.jar dynamic.jar

output是你的输出目录，默认就是在当前的根目录下，执行完成后我们就在当前目录下生成了Davilk虚拟机可执行的dex文件，因为这条命令同时会打包dex文件，因此后缀是jar，我们用jd-gui打开dynamic.jar和dynamic_dex.jar这两个文件，看下他们有的结构。

可以看到，打包后的文件其实是一个classes.dex文件，目前为止我们要做的工作已经准备就绪了，接下来就是要在demo中使用这个dex文件。

二、删除刚刚新建的impl包以及包内的文件：

因为等下我们要使用的是dex下面的IDynamic实现类，所以我们需要删除当前工程下的IDynamic.java文件和impl包，避免运行时出错。同时，我们要把刚刚生成的dynamic_dex.jar文件放到assets目录下，等下需要把它copy到app/data下使用，删除后的整个工程目录如下：

FileUtils类是从assets目录下copy文件到app/data/cache目录，源码如下：

public class FileUtils {

    public static void copyFiles(Context context, String fileName, File desFile) {
        InputStream in = null;
        OutputStream out = null;
        try {
            in = context.getApplicationContext().getAssets().open(fileName);
            out = new FileOutputStream(desFile.getAbsolutePath());
            byte[] bytes = new byte[1024];
            int i;
            while ((i = in.read(bytes)) != -1)
                out.write(bytes, 0 , i);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }finally {
            try {
                if (in != null)
                    in.close();
                if (out != null)
                    out.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }

        }
    }

    public static boolean hasExternalStorage() {
        return Environment.getExternalStorageState().equals(Environment.MEDIA_MOUNTED);
    }

    /**
     * 获取缓存路径
     *
     * @param context
     * @return 返回缓存文件路径
     */
    public static File getCacheDir(Context context) {
        File cache;
        if (hasExternalStorage()) {
            cache = context.getExternalCacheDir();
        } else {
            cache = context.getCacheDir();
        }
        if (!cache.exists())
            cache.mkdirs();
        return cache;
    }

}

打开MainActivity：

public class MainActivity extends AppCompatActivity {

    private Dynamic dynamic;

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);
        //添加一个点击事件
        findViewById(R.id.tx).setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
            @Override
            public void onClick(View v) {
                loadDexClass();
            }
        });
    }

    /**
     * 加载dex文件中的class，并调用其中的sayHello方法
     */
    private void loadDexClass() {
        File cacheFile = FileUtils.getCacheDir(getApplicationContext());
        String internalPath = cacheFile.getAbsolutePath() + File.separator + "dynamic_dex.jar";
        File desFile = new File(internalPath);
        try {
            if (!desFile.exists()) {
                desFile.createNewFile();
                FileUtils.copyFiles(this, "dynamic_dex.jar", desFile);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        //下面开始加载dex class
        DexClassLoader dexClassLoader = new DexClassLoader(internalPath, cacheFile.getAbsolutePath(), null, getClassLoader());
        try {
            Class libClazz = dexClassLoader.loadClass("wangyang.zun.com.mydexdemo.dynamic.impl.IDynamic");
            dynamic = (Dynamic) libClazz.newInstance();
            if (dynamic != null)
                Toast.makeText(this, dynamic.sayHelloy(), Toast.LENGTH_LONG).show();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

}

程序运行的效果图如下：

至此，我们关于Android Dex动态加载机制的原理讲到这里，接下来我会分析下通过Dex实现热修复的基本原理。

Demo源码地址：https://github.com/wy353208214/MyDexDemo