Android动态加载机制

梦里梦外; 2023-07-18 04:53 35阅读 0赞

Android能够实现动态加载机制，得益于java虚拟机团队设计的类加载，把类加载阶段中的“通过一个类的全限定名来获取描述此类的二进制字节流”这个动作放到Java虚拟机外部去实现，以便让应用程序自己决定如何获取所需要的的类，实现这个动作的代码模块称为“类加载器”（参考《深入理解Java虚拟机–JVM高级特性与最佳实践》7.4类加载器）。

**一、Android中的ClassLoader**

Java中的ClassLoader是加载class文件，而Android中的虚拟机无论是dvm还是art都只能识别dex文件。因此Java中的ClassLoader在Android中不适用。Android中的java.lang.ClassLoader这个类也不同于Java中的java.lang.ClassLoader。  
为什么Android要自创dex，而不用java的class？

*  dvm是基于寄存器的虚拟机 而jvm执行是基于虚拟栈的虚拟机。寄存器存取速度比栈快的多，dvm可以根据硬件实现最大的优化，比较适合移动设备。
 *  传统Class文件是一个Java源码文件会生成一个.class文件，而Android是把所有Class文件进行合并，优化，然后生成一个最终的class.dex,目的是把不同class文件重复的东西只需保留一份,如果我们的Android应用不进行分dex处理,最后一个应用的apk只会有一个dex文件。

Android中的ClassLoader类型也可分为系统ClassLoader和自定义ClassLoader。其中系统ClassLoader包括3种分别是：

*  BootClassLoader，Android系统启动时会使用BootClassLoader来预加载常用类，与Java中的Bootstrap ClassLoader不同的是，它并不是由C/C++代码实现，而是由Java实现的。BootClassLoader是ClassLoader的一个内部类。
 *  PathClassLoader，全名是dalvik/system.PathClassLoader，可以加载已经安装的Apk，也就是/data/app/package 下的apk文件，也可以加载/vendor/lib, /system/lib下的nativeLibrary。
 *  DexClassLoader，全名是dalvik/system.DexClassLoader，可以加载一个未安装的apk文件。

在MainActivity中打印当前的ClassLoader，

public class MainActivity extends AppCompatActivity {
    
        @Override
        protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
            super.onCreate(savedInstanceState);
            setContentView(R.layout.activity_main);
            ClassLoader classLoader = getClassLoader();
            while (classLoader != null) {
                System.out.println("classLoader: " + classLoader);
                classLoader = classLoader.getParent();
            }
        }
    }

结果如下：

dalvik.system.PathClassLoader[DexPathList[[zip file "/data/app/com.sososeen09.classloadtest-1/base.apk"],nativeLibraryDirectories=[/vendor/lib, /system/lib]]]
    java.lang.BootClassLoader@aced87d

从打印的结果也可以证实：App系统类加载器是PathClassLoader，而BootClassLoader是其parent类加载器。

**二、ClassLoader分析**  
在Android中我们主要关心的是PathClassLoader和DexClassLoader。  
PathClassLoader和DexClasLoader都是继承自 dalviksystem.BaseDexClassLoader，它们的类加载逻辑全部写在BaseDexClassLoader中。PathClassLoader用来操作本地文件系统中的文件和目录的集合。DexClassLoader可以加载一个未安装的APK，也可以加载其它包含dex文件的JAR/ZIP类型的文件。DexClassLoader需要一个对应用私有且可读写的文件夹来缓存优化后的class文件。而且一定要注意不要把优化后的文件存放到外部存储上，避免使自己的应用遭受代码注入攻击。  
Android中具体负责类加载的并不是哪个ClassLoader，而是通过DexFile的defineClassNative()方法来加载的。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3l1NzU1NjcyMTg_size_16_color_FFFFFF_t_70]**三、动态加载（热修复）实例**  
1、新建一个module叫dextest，加入这就是我们要动态加载进来的模块。  
里面新建一个叫做ShowToast 的类：

public class ShowToast {
    
        public void showToast(Context context) {
            Toast.makeText(context, "动态加载ShowToast", Toast.LENGTH_SHORT).show();
        }
    }

ShowToast 类里面只有一个showToast方法，该方法需要一个context参数，展示一个toast。  
2、把java类打包到dex中  
编译之后，在如图所示的目录（不同版本的android studio中可能路径会不一样）中会生成相应的class文件，由于class文件是java虚拟机所用的，但是在安卓中的Dalvik虚拟机要使用dex文件，所以我们需要再进行转换。  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3l1NzU1NjcyMTg_size_16_color_FFFFFF_t_70 1]还是这个module中的build.gradle文件最后添加：

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

这样就把我们需要的文件打包到jar包中了，然而jar包并不是我们需要的，继续。  
在Android的SDK中为我们提供了一个dx命令(在\\android-sdk\\build-tools\\version\[23.0.1\] 或 \\android-sdk\\platform-tools下能找到);命令使用方式为:dx --dex --output=out.jar in.jar，该命令将包含class的in.jar转化为包含dex的out.jar文件。  
3、app端调用  
把生成的out.jar包复制到app项目中的assets目录下：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3l1NzU1NjcyMTg_size_16_color_FFFFFF_t_70 2]我们这里是为了方便，真是场景可能是远程服务器下载到指定位置。

public class MainActivity extends AppCompatActivity {
    
        @Override
        protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
            super.onCreate(savedInstanceState);
            setContentView(R.layout.activity_main);
            findViewById(R.id.btn).setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
                @Override
                public void onClick(View v) {
                    loadDex();
                }
            });
        }
    
        /**
         * 点击事件
         */
        public void loadDex() {
            File cacheFile = getDir("dex",0);
            String internalPath = cacheFile.getAbsolutePath() + File.separator + "out.jar";
            File desFile=new File(internalPath);
            try {
                if (!desFile.exists()) {
                    desFile.createNewFile();
                    FileUtils.copyFiles(this,"out.jar",desFile);
                }
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            //下面开始加载dex class
            //1.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,
            //2.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
            //3.指向包含本地库(so)的文件夹路径，可以设为null
            //4.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 dexClassLoader=new DexClassLoader(internalPath,cacheFile.getAbsolutePath(),null,getClassLoader());
            try {
                Class clz = dexClassLoader.loadClass("com.example.dextest.ShowToast");
                Method method = clz.getDeclaredMethod("showToast", Context.class);
                method.invoke(clz.newInstance(), this);
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

这里的FileUtils文件就是把jar包从assets目录拷贝到app的data目录下：

public class FileUtils {
        // 把assets目录的文件复制到desFile中
        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 len=0;
                while ((len=in.read(bytes))!=-1)
                    out.write(bytes,0,len);
                out.flush();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }finally {
                try {
                    if (in!=null)
                        in.close();
                    if (out!=null)
                        out.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
    }

一开始在这里我碰到一个ClassNotFoundException的异常：

ClassLoader referenced unknown path: android.content.res.AssetManager@d75e3f9/out.jar
    
     java.lang.ClassNotFoundException: Didn't find class "com.example.dextest.ShowToast" on path: DexPathList[[],nativeLibraryDirectories=[/system/lib, /system/vendor/lib]]
         at dalvik.system.BaseDexClassLoader.findClass(BaseDexClassLoader.java:134)
         at java.lang.ClassLoader.loadClass(ClassLoader.java:379)
         at java.lang.ClassLoader.loadClass(ClassLoader.java:312)
         at com.example.test.MainActivity.loadDex(MainActivity.java:44)

因为一开始我直接使用assets目录下的jar包，好像加载不进来，然后我就使用FileUtils把jar包复制到另外一个目录就可以了。  
在测试机点击按钮就可以看到效果了：  
![在这里插入图片描述][watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3l1NzU1NjcyMTg_size_16_color_FFFFFF_t_70 3]  
总结一下就是使用DexClassLoader来获取dex中的类，然后通过反射的方式运行类中的方法。

还有几个问题：  
a、如果原有的类有bug，现在要动态替换原有类，如何操作？  
参考android热修复，使用Javassist。  
b、如果要动态加载新的activity，如何管理生命周期？  
c、如何加载资源文件？

参考：[类加载机制系列2——深入理解Android中的类加载器][2_Android]  
[Android动态加载dex入门][Android_dex]  
[Android动态加载Dex过程][Android_Dex]

[watermark_type_ZmFuZ3poZW5naGVpdGk_shadow_10_text_aHR0cHM6Ly9ibG9nLmNzZG4ubmV0L3l1NzU1NjcyMTg_size_16_color_FFFFFF_t_70]: /images/20230528/7843e3acd2b444ae8ef61f8773c7ec7b.png
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[2_Android]: https://www.jianshu.com/p/7193600024e7
[Android_dex]: https://www.jianshu.com/p/edb809d84d26
[Android_Dex]: https://blog.csdn.net/a2923790861/article/details/80539862