【Android 插件化】插件化原理 ( 类加载器 )

一、" 插件化 " 中的 dex 文件

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现在的大型 Android 项目 , 基本都是 组件化 + 插件化 开发 , 项目架构上都是 组件化 的框架 , 某些修改频繁的 Module 模块 , 设置成 " 插件 " 模块 , 编译成独立的 APK 文件 , 以 " 插件 " 的形式进行部署 , 供 " 宿主 " 模块调用 ;

应用运行时 , 点击启动某个 " 插件 " APK 中的界面 , 首先先 下载对应的 插件 APK 文件 , 将其放在 内置存储区 中 , 然后加载该 APK 文件 , 主要是 类加载器 DEX 文件中的 Class 字节码数据 ;

在上述项目中 , app 模块是 " 宿主 " 模块 , plugin 模块是 " 插件 " 模块 , 二者都是 " Phone & Tablet Module " 类型的应用 ,

plugin 插件模块 , 编译出的 APK 文件如下 , 其 Java 类都封装在 " classes.dex " 文件中 , 在其中可以找到 PluginActivity.class 的字节码文件 ; 找到该模块后 , 可以将其加载到应用中 , 并跳转到该界面中 ;

二、类加载器分析

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类加载 是 通过类加载引擎 , 将字节码数据加载到 Java 虚拟机的运行期数据区 中的 Java 虚拟机栈 中 ;

ClassLoader 加载涉及到 双亲委派机制 , Android 中顶级的类加载器 ClassLoader 是 BootClassLoader , 然后其下是 PathClassLoader , PathClassLoader 与 DexClassLoader 基本相同 ;

DexClassLoader 继承了 BaseDexClassLoader , 没有实现任何逻辑 , 只是调用 BaseDexClassLoader 的构造方法进行初始化 ;

public class DexClassLoader extends BaseDexClassLoader {
     

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

源码地址 : /libcore/dalvik/src/main/java/dalvik/system/DexClassLoader.java

PathClassLoader 也是继承了 BaseDexClassLoader , 其中定义的构造方法与 DexClassLoader 相同 ;

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);
    }
}

源码地址 : /libcore/dalvik/src/main/java/dalvik/system/PathClassLoader.java

因此 PathClassLoader 与 DexClassLoader 实现的功能基本相同 , 二者都可以用于加载 Dex 文件 ;

PathClassLoader 是 Google 官方使用的 , DexClassLoader 是提供给开发者使用的 , 使用类加载器时 , 尽量使用 DexClassLoader ;

三、获取类加载器

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在 Activity 中调用如下方法 , 获取不同层级的 ClassLoader ;

getClassLoader()
getClassLoader().getParent()
getClassLoader().getParent().getParent()

代码示例 :

package kim.hsl.plugin;

import androidx.appcompat.app.AppCompatActivity;

import android.os.Bundle;
import android.util.Log;

public class MainActivity extends AppCompatActivity {
     

    private static final String TAG = "MainActivity";

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
     
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);

        Log.i(TAG, "getClassLoader() : " +
                getClassLoader());
        Log.i(TAG, "getClassLoader().getParent() : " +
                getClassLoader().getParent());
        Log.i(TAG, "getClassLoader().getParent().getParent() : " +
                getClassLoader().getParent().getParent());

    }
}

打印结果 :

I/MainActivity: getClassLoader() : dalvik.system.PathClassLoader[DexPathList[[zip file "/data/app/kim.hsl.plugin-_uowA-lCCTOuGQrqkuXOeg==/base.apk"],nativeLibraryDirectories=[/data/app/kim.hsl.plugin-_uowA-lCCTOuGQrqkuXOeg==/lib/arm64, /system/lib64]]]
I/MainActivity: getClassLoader().getParent() : java.lang.BootClassLoader@fc7ec45
I/MainActivity: getClassLoader().getParent().getParent() : null

结果分析 :

在 Activity 中直接调用 getClassLoader() 方法获取的是 PathClassLoader ,

调用 getClassLoader().getParent() 方法获取的是 BootClassLoader ;

此外没有更高层级的 ClassLoader , getClassLoader().getParent().getParent() 方法获取的是空 ;

BaseDexClassLoader 的父类是 ClassLoader , ClassLoader 是个抽象类 , 从继承关系上 , 没有涉及到 BootClassLoader ;

在 ClassLoader 中 , 存在一个 ClassLoader parent 字段 , 该字段通过构造方法传入 , getClassLoader().getParent() 方法拿到的不是 ClassLoader , 而是指定的父类引用 ClassLoader parent 字段 ,

public class BaseDexClassLoader extends ClassLoader {
     
}

源码参考 : /libcore/dalvik/src/main/java/dalvik/system/BaseDexClassLoader.java

public abstract class ClassLoader {
     
    // The parent class loader for delegation
    // Note: VM hardcoded the offset of this field, thus all new fields
    // must be added *after* it.
    private final ClassLoader parent;

    private ClassLoader(Void unused, ClassLoader parent) {
     
        this.parent = parent;
    }
}

源码参考 : /libcore/ojluni/src/main/java/java/lang/ClassLoader.java

四、双亲委派机制

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类加载器层级 : 由高到低 : BootClassLoader -> PathClassLoader / DexClassLoader ;

双亲委派机制 :

自定义的类加载器 MyClassLoader 加载一个 Class 类对象 Student , 可以 指定 parent 父类为 PathClassLoader , 该类会 向其上级父类 PathClassLoader 询问该 Student 类对象 是否被加载过 , 如果没有被加载过 ;

则继续向 上级父类 BootClassLoader 询问 Student 类对象 是否被加载过 , 如果被加载过 , 则返回类对象 , 如果没有被加载过 , 则开始委派子类进行加载 ;

BootClassLoader 委派子类 PathClassLoader 进行加载 Student 类对象 , PathClassLoader 就会委派 MyClassLoader 进行加载 , MyClassLoader 发现其没有子类 , 则开始进行类加载 Student 类对象 ;

在 ClassLoader 中的 loadClass 方法中 , 先调用了

// First, check if the class has already been loaded
Class<?> c = findLoadedClass(name);

方法 , 下检查该类是否被加载过 , 如果没有被加载过 , 则先判断父类是否为空 , 如果不为空 , 则调用父类的 loadClass 方法 ,

                    if (parent != null) {
     
                        c = parent.loadClass(name, false);
                    } else {
     
                        c = findBootstrapClassOrNull(name);
                    }

父类也调用父类的 loadClass 方法 , 如果调用到最顶层 , 没有父类 , 则开始加载 ;

ClassLoader 类加载相关源码 :

public abstract class ClassLoader {
     
    protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
        throws ClassNotFoundException
    {
     
            // First, check if the class has already been loaded
            Class<?> c = findLoadedClass(name);
            if (c == null) {
     
                try {
     
                    if (parent != null) {
     
                        c = parent.loadClass(name, false);
                    } else {
     
                        c = findBootstrapClassOrNull(name);
                    }
                } catch (ClassNotFoundException e) {
     
                    // ClassNotFoundException thrown if class not found
                    // from the non-null parent class loader
                }

                if (c == null) {
     
                    // If still not found, then invoke findClass in order
                    // to find the class.
                    c = findClass(name);
                }
            }
            return c;
    }
}

源码参考 : /libcore/ojluni/src/main/java/java/lang/ClassLoader.java