Android动态加载Dex文件及DexClassLoader详解

雨点打透心脏的1/2处 2022-11-20 07:00 1435阅读 0赞

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## ClassLoader ##

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“类加载器”(ClassLoader)，顾名思义，就是用来动态加载class文件的。

***ClassLoader作用主要有三个：***

1.  负责将 Class 加载到 JVM 中
2.  审查每个类由谁加载（父优先的等级加载机制）
3.  将 Class 字节码重新解析成 JVM 统一要求的对象格式

有兴趣的小伙伴可以看看JVM是如何加载一个类的 [类的加载机制][Link 1]

***ClassLoader（Java）***  
Class clz = Classloader.loadClass(类全名)，其实就是通过一个类的全名，生成这个类的Class对象。loadClass（）内部是先进行parent.loadClass()让父类先进行加载，如果加载不成功，再使用该classLoader加载（双亲委派）。然后，通过findClass（类全名）来加载得到Class对象。我们如果想自定义一个classLoader，那么就是重写findClass（）方法。findClass（）中，我们拿到要加载的路径，然后拿到路径对应文件的数据流。然后使用classLoader定义好的defineClass（inputStream）来生成Class对象就可以了，主要就是给它提供一个路径，然后类全名能找到这个路径下对应的.class文件，然后生成inputStream流。

***ClassLoader（Android）***  
Android中的ClassLoader于Java中的稍微有些不同，虽然两者都是满足双亲委派，但是直接findClass（）会抛异常，所以我们不能直接继承classloader来自定义classLoader。要使用BaseDexClassLoader，BaseDexClassLoader重写了findClass（），要注意的是这里的classloader加载的是dex，不是class字节码。

ClassLoader比较常用的分为两种，PathClassLoader和DexClassLoader，虽然两者继承于BaseDexClassLoader，BaseDexClassLoader继承于ClassLoader，但是前者只能加载已安装的Apk里面的dex文件，后者则支持加载apk、dex以及jar，也可以从SD卡里面加载。  
作为 ClassLoader 的子类，复写了父类的 findClass 方法：

@Override
        protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        
            List<Throwable> suppressedExceptions = new ArrayList<Throwable>();
            //在自己的成员变量DexPathList中寻找，找不到抛异常
            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 的 findClass 方法：

public Class findClass(String name, List<Throwable> suppressed) {
        
            //循环遍历成员变量dexElements，调用DexFile.loadClassBinaryName加载class
            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;
        }

通过以上两段代码我们可以看出，虽然 Android 中的 ClassLoader 的findClass 方法的实现被取消了，但是 ClassLoader 的基类 BaseDexClassLoader 实现了 findClass 方法来加载指定的 Class文件。

***DexClassLoader***

DexClassLoader用来加载外部的类，外部类的dexpath路径在构造方法中传入，比如从网络下载的dex等，或插件化的apk，从网络下载到dex后，new 一个DexClassLoader，new的时候就把网络下载到的dex路径告诉DexClassLoader，DexClassLoader会将dex一步步封装，放到DexClassLoader中的pathList里面。dex放到DexClassLoader之后，使用DexClassLoader.loadClass（需要加载的patch类全名）得到补丁类的Class对象，然后class.newInstance()对应的实例。通过这个实例里的信息来找到要修补的是哪个类，然后找到这个类对应的Class对象，如果没有就使用PathClassLoader加载。

DexClassLoader的构造方法如下：

DexClassLoader (String dexPath, String optimizedDirectory, String librarySearchPath, ClassLoader parent)

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>参数</th> 
   <th>含义</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>dexPath</td> 
   <td>包含dex文件的jar包或apk文件路径</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>optimizedDirectory</td> 
   <td>释放目录，可以理解为缓存目录，必须为应用私有目录，不能为空</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>librarySearchPath</td> 
   <td>native库的路径（so文件），可为空</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>parent</td> 
   <td>父类加载器</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

需要注意的是：DexClassLoader中还要传入一个ClassLoader作为该DexClassLoader的父类。这样，我们使用DexClassLoader加载一个类时，根据双亲委派，会先让父类classloader进行加载。

***双亲委派模型***  
双亲委派模型是一种组织类加载器之间关系的一种规范，他的工作原理是：如果一个类加载器收到了类加载的请求，它不会自己去尝试加载这个类，而是把这个请求委派给父类加载器去完成，这样层层递进，最终所有的加载请求都被传到最顶层的启动类加载器中，只有当父类加载器无法完成这个加载请求(它的搜索范围内没有找到所需的类)时，才会交给子类加载器去尝试加载。

优点：java类随着它的类加载器一起具备了带有优先级的层次关系，这是十分必要的。比如java.langObject，它存放在\\jre\\lib\\rt.jar中，它是所有java类的父类，因此无论哪个类加载都要加载这个类，最终所有的加载请求都汇总到顶层的启动类加载器中，因此Object类会由启动类加载器来加载，所以加载的都是同一个类，如果不使用双亲委派模型，由各个类加载器自行去加载的话，系统中就会出现不止一个Object类，应用程序就会全乱了。

最后就来说说Android动态加载Dex那些事…

***Android动态加载Dex***

新建一个Android工程，在包下面创建一个Impl文件夹，里面创建DexImpl类，然后在上一层创建一个接口类IDex,代码如下：  
DexImpl：继承Idex接口类，重写其方法，并简单输出一句话，“包名+ is loaded by DexClassLoader”

public class DexImpl implements IDex {
        
        @Override
        public String getMessage() {
        
            return new StringBuilder(getClass().getName()).append(" is loaded by DexClassLoader").toString();
        }
    }

接口类IDex：

public interface IDex {
        
        public String getMessage();
    }

具体的工程目录如下图  
![在这里插入图片描述][2020103018383647.png_pic_center]  
点击Build -> make project，这时候会在build/intermediates/javac/debug/classes目录下生成对应的classes文件（这个因AS的版本而异，我现在用的不是androidx的版本，所以我的文件在build/intermediates/javac/debug/classes下面）  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQyODg5NDc2_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]

然后我们需要把DexImpl这个class转换成Dalvik可识别的dex文件，分两步：  
1.先导出DexImpl这个类为jar包的形式；  
2.通过android sdk自带的dx.jar工具转换jar包为包含dex文件的Jar文件。

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/javac/debug/classes/com/xy/dex/plugin/impl/')
            //打包到jar后的目录结构
            into('com/xy/dex/plugin/impl')
            //去掉不需要打包的目录和文件
            exclude('test/', 'IDex.class', 'BuildConfig.class', 'R.class', 'FileUtils.class')
            //去掉R$开头的文件
            exclude{
         it.name.startsWith('R$');}
        }
        makeJar.dependsOn(clearJar, build)

写完这段代码之后，我们在AS的界面最右边可以看到Gradle，点击去，然后在app->other里面找到makeJar这个东西，双击它，然后AS就会帮你生成你所需要的Jar包了，生成后的Jar包路径在app\\build\\lib文件夹下面

然后使用sdk提供的dx.jar将导出的 dynamic.jar转换成Dalvik可识别的dex格式，我是将这个jar包copy出来，然后置于某个文件夹下（需要跟dx.jar同目录），然后执行dx --dex --output=out.jar dynamic.jar，就会得到含dex的out.jar（这里你可以右键这个jar包，看看里面是不是有一个dex文件，是的话就没错了，那我们继续…）

因为等下我们要使用的是dex下面的IDex实现类，所以我们需要删除当前工程下的DexImpl文件和impl包，避免运行时出错。同时，我们要把刚刚生成的out.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：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQyODg5NDc2_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]

FileUtils类是从assets目录下copy文件到app/data/cache目录:

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;
        }
    }

核心思想就是使用DexClassLoader去加载dex，然后通过反射调用我们之前定义的方法获取相关资源.

public class MainActivity extends AppCompatActivity {
        
        @Override
        protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        
            super.onCreate(savedInstanceState);
            setContentView(R.layout.activity_main);
        }
    
        public void Track(View view) {
        
            loadDexClass();
        }
    
        private void loadDexClass() {
        
            // getDir("dex1", 0)会在/data/data/**package/下创建一个名叫”app_dex1“的文件夹，其内存放的文件是自动生成output.dex
            File OutputDir = FileUtils.getCacheDir(getApplicationContext());
            String dexPath = OutputDir.getAbsolutePath() + File.separator + "out.jar";
    
            File desFile=new File(dexPath);
            try {
        
                if (!desFile.exists()) {
        
                    desFile.createNewFile();
                    FileUtils.copyFiles(this,"out.jar",desFile);
                }
            } catch (IOException e) {
        
                e.printStackTrace();
            }
            /**
             * 参数1 dexPath：待加载的dex文件路径，如果是外存路径，一定要加上读外存文件的权限
             * 参数2 optimizedDirectory：解压后的dex存放位置，此位置一定要是可读写且仅该应用可读写（安全性考虑），所以只能放在data/data下。
             * 参数3 libraryPath：指向包含本地库(so)的文件夹路径，可以设为null
             * 参数4 parent：父级类加载器，一般可以通过Context.getClassLoader获取到，也可以通过ClassLoader.getSystemClassLoader()取到。
             */
            DexClassLoader classLoader = new DexClassLoader(dexPath, OutputDir.getAbsolutePath(),null,getClassLoader());
            try {
        
                // 该方法将Class文件加载到内存时,并不会执行类的初始化,直到这个类第一次使用时才进行初始化.该方法因为需要得到一个ClassLoader对象
                Class clz = classLoader.loadClass("com.xy.dex.plugin.impl.DexImpl");
                IDex dex = (IDex) clz.newInstance();
                Toast.makeText(this, dex.getMessage(), Toast.LENGTH_LONG).show();
    
            } catch (Exception e) {
        
                e.printStackTrace();
            }
    
        }
    }

![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQyODg5NDc2_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 2]

附上下载链接[Android动态加载Dex][Android_Dex]

[Link 1]: https://blog.csdn.net/qq_42889476/article/details/109384530
[2020103018383647.png_pic_center]: /images/20221120/2a01a4043e5d46bfaeb1710b92da3755.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQyODg5NDc2_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center]: /images/20221120/6b85f70b9ef548899682e1b26b598941.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQyODg5NDc2_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 1]: /images/20221120/4c94754168284576824f8037dc48f956.png
[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3FxXzQyODg5NDc2_size_16_color_FFFFFF_t_70_pic_center 2]: /images/20221120/c63c50a50ab649f18204c7083db383c3.png
[Android_Dex]: https://download.csdn.net/download/qq_42889476/13078952