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深入理解Android中的ClassLoader

为什么要理解Android中的ClassLoader?

目前来讲,Android中的插件技术以及热修复技术都跟ClassLoader息息相关,了解此技术有助于加深对Android系统的 了解。尤其是对于插件技术来讲,对Class的加载基本固定都是一个套路。(热修复要更复杂一些,涉及到C++层面的方法数等知识)

阅读本篇文档需要有哪些储备知识?

最好先阅读JVM中的ClassLoader,有了这篇基础然后再看这边理解会更加深刻。此外还可以谷歌关键字搜索一下相关知识,有个基础概念再看本篇文章更佳。本文不会过多重复其他BlOG中提到的概念。

相比其他讲Android ClassLoader的文章,这篇有什么优点?

相比其他多数东拼西凑的文章,这篇文章能从头到脚帮你梳理一下Android中ClassLoader的知识点,以及代码层面帮你实战 加深理解。

JVM和android的虚拟机在ClassLoader上有何不同?

还记得在我之前的JVM那篇文章的结尾,我自定义了一个ClassLoader,通过读取了一个本地class文件,然后传递了 一个byte数组 到defineClass这个方法里从而成功的加载了一个本地class,但是在android中,这种方法是不被允许的。 我们来看看源码:

android的classLoader可以看出来是有defineClass这个方法的,但是这些方法都统一返回了异常,也就是说 android官方不允许我们用JVM那套方法来加载class,为了更清晰,我复制一段源码出来。

 protected final Class<?> defineClass(String name, byte[] b, int off, int len,
                                         ProtectionDomain protectionDomain)
        throws ClassFormatError
    {
        throw new UnsupportedOperationException("can't load this type of class file");
    }
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很直观,能看出来这里是什么意思,再接着往下看

 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;
    }
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这里看一下,一样很直观,可以看出来这里的loadClass和JVM中的loadClass的流程一模一样。也是符合双亲委托机制。

既然Android中不能用defineClass的方法读取一个class文件的byte,那么android如何加载class文件的?

有一定基础的人应该知道,android中的类加载器有两种,DexClassLoader和PathClassLoader。我们下面就来看看这2个 ClassLoader是如何加载class文件的吧。

package dalvik.system;

import dalvik.system.BaseDexClassLoader;
import java.io.File;

public class DexClassLoader extends BaseDexClassLoader {
    public DexClassLoader(String dexPath, String optimizedDirectory, String librarySearchPath, ClassLoader parent) {
        super((String)null, (File)null, (String)null, (ClassLoader)null);
        throw new RuntimeException("Stub!");
    }
}
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public class PathClassLoader extends BaseDexClassLoader {
    public PathClassLoader(String dexPath, ClassLoader parent) {
        super((String)null, (File)null, (String)null, (ClassLoader)null);
        throw new RuntimeException("Stub!");
    }

    public PathClassLoader(String dexPath, String librarySearchPath, ClassLoader parent) {
        super((String)null, (File)null, (String)null, (ClassLoader)null);
        throw new RuntimeException("Stub!");
    }
}

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嗯 能看出来 这2个都是派生自BaseDexClassLoader类,

public class BaseDexClassLoader extends ClassLoader {
    public BaseDexClassLoader(String dexPath, File optimizedDirectory, String librarySearchPath, ClassLoader parent) {
        throw new RuntimeException("Stub!");
    }

    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        throw new RuntimeException("Stub!");
    }

    protected URL findResource(String name) {
        throw new RuntimeException("Stub!");
    }

    protected Enumeration<URL> findResources(String name) {
        throw new RuntimeException("Stub!");
    }

    public String findLibrary(String name) {
        throw new RuntimeException("Stub!");
    }

    protected synchronized Package getPackage(String name) {
        throw new RuntimeException("Stub!");
    }

    public String toString() {
        throw new RuntimeException("Stub!");
    }
}
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看到这可能很多人就懵逼了,这是啥意思,实际上这里代表的就是这个类执行的时候,会让ROM里的类来实际执行,这里android studio定位到的源码 只是告诉我们,嗯 这里有一个这样的类。但是实际的实现是放在Rom中做的。 很多人到这里可能还是无法理解是什么意思,其实这个地方在很多开源项目中都有实际用法,比如你要反射调用api里没有暴露出来给你的类怎么办呢?这个类在rom里是有的 但是api并没有暴露出来给你。就可以用这种写法了。我举个滴滴开源框架VirtualApk的例子:

看到没有滴滴也是这么做的,将这些类放在自己的框架内暴露出来(注意包名要和ROM中的一样)这样就可以在其他地方反射调用了。 我们随便找个源码进去看一看:

package android.app;

import android.content.Intent;
import android.content.pm.ActivityInfo;
import android.os.Handler;
import android.os.IBinder;
import android.os.Looper;

/**
 * @author johnsonlee
 */
public final class ActivityThread {

    public static ActivityThread currentActivityThread() {
        throw new RuntimeException("Stub!");
    }

    public static boolean isSystem() {
        throw new RuntimeException("Stub!");
    }

    public static String currentOpPackageName() {
        throw new RuntimeException("Stub!");
    }

    public static String currentPackageName() {
        throw new RuntimeException("Stub!");
    }

    public static String currentProcessName() {
        throw new RuntimeException("Stub!");
    }

    public static Application currentApplication() {
        throw new RuntimeException("Stub!");
    }

    public ApplicationThread getApplicationThread() {
        throw new RuntimeException("Stub!");
    }

    public Instrumentation getInstrumentation() {
        throw new RuntimeException("Stub!");
    }

    public Looper getLooper() {
        throw new RuntimeException("Stub!");
    }

    public Application getApplication() {
        throw new RuntimeException("Stub!");
    }

    public String getProcessName() {
        throw new RuntimeException("Stub!");
    }

    public final ActivityInfo resolveActivityInfo(final Intent intent) {
        throw new RuntimeException("Stub!");
    }

    public final Activity getActivity(final IBinder token) {
        throw new RuntimeException("Stub!");
    }

    final Handler getHandler() {
        throw new RuntimeException("Stub!");
    }

    private class ApplicationThread extends ApplicationThreadNative {


    }
}

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你看ActivityThread这个类,有过源码基础的同学应该都知道这个类是rom里我们api里没有这个类的。用这种方法暴露出来以后就可以使用它了。

扯远了,回到正题,既然api 源码里看不到真正的实现 我们只好去rom代码里看看了 这里推荐一个在线查看源码的网站

点我直接在线查android源码

这里明显看出来我们的DexClassLoader和pathClassLoader构造函数传参上面就有不同,DexClassLoader需要提供一个额外的path路径,这个path路径我们看下注释很容易理解:用来存放解压缩以后的dex文件。(apk和jar包解压缩都可以 只要解压缩以后的是dex文件),这个path就是解压缩的目标路径。但是PathClassLoader就没有这个构造函数。只能直接操作dex文件。 总结: DexClassLoader可以加载任何路径的apk/dex/jar PathClassLoader只能加载/data/app中的apk,也就是已经安装到手机中的apk。这个也是PathClassLoader作为默认的类加载器的原因,因为一般程序都是安装了,在打开,这时候PathClassLoader就去加载指定的apk(解压成dex,然后在优化成odex)就可以了

继续跟源码 跟到BaseClassLoader

可以看出来BaseClassLoader的构造函数 最终是调用的DexPathList函数,注意这里2个构造函数也是分别对应的dex和path 两种classLoader的

跟到DexPathList

嗯 发现这里都是走的makeDex函数

发现了DexFile这个类,继续跟:

嗯,一直到这里,我们发现最终的loadclass 在DexFile的 loadClassBinaryname方法完成了(这里可以和JVM中我们自定义 的那个ClassLoader比对一下)。

有人要问既然DexFile完成的是最终classLoader需要完成的loadClass的操作,为啥不直接用dexFile呢? 看注释:

If you are not calling this from a class loader, this is most likely not going to do what you want. Use {@link Class#forName(String)} instead

这里明确说了,如果你的DexFile的loadClass操作不是在classLoader里做的,那你很大可能得不到你想要的结果。。。。

所以以后要记住了,DexFile相关的操作一定要在ClassLoader里完成

代码层面验证一下Android中的类加载器

写个简单的demo

package com.example.a16040657.androidclassloader;

import android.content.Context;
import android.os.Bundle;
import android.support.v7.app.AppCompatActivity;
import android.util.Log;
import android.widget.ListView;


public class MainActivity extends AppCompatActivity {
    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);
        Log.v("wuyue", "MainActivity的类加载加载器:" + MainActivity.class.getClassLoader());
        Log.v("wuyue", "Context的类加载加载器:" + Context.class.getClassLoader());
        Log.v("wuyue", "ListView的类加载器:" + ListView.class.getClassLoader());
        Log.v("wuyue", "应用程序默认加载器:" + getClassLoader());
        Log.v("wuyue", "系统类加载器:" + ClassLoader.getSystemClassLoader());
        Log.v("wuyue", "系统类加载器和Context的类加载器是否相等:" + (Context.class.getClassLoader() == ClassLoader.getSystemClassLoader()));
        Log.v("wuyue", "系统类加载器和应用程序默认加载器是否相等:" + (getClassLoader() == ClassLoader.getSystemClassLoader()));
        Log.v("wuyue", "打印应用程序默认加载器的委派机制:");
        ClassLoader classLoader = getClassLoader();
        while (classLoader != null) {
            Log.v("wuyue", "类加载器:" + classLoader);
            classLoader = classLoader.getParent();
        }

        Log.v("wuyue", "打印系统加载器的委派机制:");
        classLoader = ClassLoader.getSystemClassLoader();
        while (classLoader != null) {
            Log.v("wuyue", "类加载器:" + classLoader);
            classLoader = classLoader.getParent();
        }
    }
}

复制代码

再看看输出的结果

注意看一下我们的listview和Context的类加载器都是bootClassLoader,很好理解,和JVM中对照一下,其实一些系统类 都是交给bootClssLoader来加载的,只不过jVM中的是叫BootstrapClassLoader罢了。都是一个意思。

注意看一下系统类加载器和应用程序加载器虽然都是pathclassloader,但是这里注意看一下 这俩的路径是不同的。 一个是data/app 一个是sytesm/app 所以这俩是不同的类加载器。这里要注意一下。