Android插件化-类加载

插件化的第一步就是要解决类加载问题，因为插件是不安装的，要直接加载Apk中的类，apk的中的class是封装成dex文件放在APK内的。

Dex文件

Dex即 Dalvik Executable的简写，Dex文件是一种压缩文件格式的封装。是Android对class文件进行翻译、重构、解释、压缩等操作之后的产物。dex中各个类能够共享数据，在一定程度上降低了冗余，同时也是文件结构更加经凑，实验表明，dex文件是传统jar文件大小的50%左右。
文件结构：

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

DexClassloader

PathClassLoader和DexClassLoader都继承自BaseDexClassLoader,其中的主要逻辑都是在BaseDexClassLoader完成的

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

dexPath：目标类所在的APK或jar文件的路径。类装载器将从该路径中寻找指定的目标类,该类必须是APK或jar的全路径.如果要包含多个路径,路径之间必须使用特定的分割符分隔,特定的分割符可以使用System.getProperty(“path.separtor”)获得。支持加载APK、DEX和JAR，也可以从SD卡进行加载。最终都是将dexPath路径上的文件ODEX优化到内部位置optimizedDirectory，然后，再进行加载的。
optimizedDirectory：缓存需要加载的dex文件，并创建一个DexFile对象，如果它为null，那么会直接使用dex文件原有的路径来创建DexFile对象。该参数就是制定的从Apk文件中解压出的dex 文件存放的路径。
libPath：目标类中所使用的C/C++库存放的路径
parent：该装载器的父装载器。一般为当前执行类的装载器，例如在Android中以context.getClassLoader()作为父装载器。

DexClassLoader可以指定自己的optimizedDirectory，所以可以加载外部的dex，因为这个dex会被复制到内部路径的optimizedDirectory。而PathClassLoader没有optimizedDirectory，所以它只能加载内部的dex，这些大都是存在系统中已经安装过的apk里面的

所有的操作都是通过DexPathList实现的

 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;
    }

DexPathList

DexPathList中有个dexElements数组

private final Element[] dexElements;

this.dexElements =
            makeDexElements(splitDexPath(dexPath), optimizedDirectory);

dexElements数组就是odex文件的集合。odex文件是 dexPath指向的原始dex(.apk,.zip,.jar等)文件在optimizedDirectory文件夹中生成相应的优化后的文件。如果不分包一般这个数组只有一个Element元素，也就只有一个DexFile文件

makeDexElements方法生成一个Element[] dexElements 数组。

if (name.endsWith(DEX_SUFFIX)) {
                try {
                    dex = loadDexFile(file, optimizedDirectory);
                } catch (IOException ex) {
                    System.logE("Unable to load dex file: " + file, ex);
                }

loadDexFile:

 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);
     }
}

DexFile最终是通过JNI调用native加载dex文件的。

加载class:

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

这里就出现了可以实现热修复和插件化的hook点。将 dex 文件放到 dexElements 数组前面，这样在加载 class 时，优先找到前面的 dex 文件，加载到 class 之后就不再寻找。从而原来的 apk 文件中同名的类就不会再使用，从而达到修复的目的。

public Class loadClassBinaryName(String name, ClassLoader loader) {
        return defineClass(name, loader, mCookie);
    }
private native static Class defineClass(String name, ClassLoader loader, int cookie);

标准JVM中，ClassLoader是用defineClass加载类的，而Android中defineClass被弃用了，改用了loadClass方法，而且加载类的过程也移动到了DexFile中，在DexFile中加载类的具体方法也叫defineClass，这也是为了维护代码可读性

Native library添加

插件中可能包含native library，为了插件能运行，Native library也需要加载。
DexPathList中有一个属性：

private final File[] nativeLibraryDirectories;

nativeLibraryDirectories就是nativeLibrary所在的文件夹数组，只需要把插件的nativeLibrary所在的文件夹通过反射添加进去就行了

整个实现过程

要加载插件中的类和native library, 当然得实现一个DexClassloader，通过这个DexClassloader去加载插件中的dex

创建classLoader:

直接new一个即可。初始化的参数：
dexPath：插件apk的文件的绝对路径
optimizedDirectory：dex文件夹的的绝对路径，可通过context.getDir("dex", Context.MODE_PRIVATE)获取
libraryPath：存放native Library文件夹对应的路径，context.getDir("valibs",Context.MODE_PRIVATE)获取
parent：默认的ClassLoader，即context.getClassLoader()

将插件中的dex加入到dexElements中：

通过反射获取到默认的ClassLoader中的dexElements
反射获取到新classLoader中的dexElements
合并两个数组
反射将合并之后的数组赋值到默认ClassLoader中的pathList中

native Library操作类似。

这样操作之后默认的ClassLoader中已经有了插件中的dex和native Library，可以加载对应的类了。