Android平台类加载流程源码分析

前言

其实大家都知道的Android是使用Java作为开发语言,但是他使用的虚拟机却并不是传统的JVM,在4.4以前Android使用Dalvik虚拟机,之后使用ART(Android Runtime).

Dalvik和ART与传统的JVM不同的地方在于,为了更加高效的在移动终端运行,Google重新定义了一套Dalvik字节码,用于在Dalvik和ART虚拟机上运行.

因此如果你希望自己在本地生成的Java代码能够在Android机器上运行,就必须通过转码的形式生成一份Dex文件.

生成Dex文件

当我们完成Java代码的书写后,需要使用

dx

命令将Java代码由javac生成的class文件编译为Android虚拟机可识别的dex文件.

编译命令如下

其中dex代表将要输出的dex文件名,target代表用于作为输入的文件,可以为class或jar文件.

解压生成的dex文件后,你会发现一个叫做classes.dex的文件,是不是很眼熟? 在每个Android的APK中都会存在这么一个文件,他才是所有代码的集合,类似于class文件.

生成完了Dex文件,接下来,让我们看看如何在Android设备上运行它.

加载Dex文件

下面是一个Dex文件加载的Demo:

Context context = getBaseContext();
  DexClassLoader loader = new DexClassLoader("/sdcard/demo.jar", 
      context.getCacheDir().getAbsolutePath(), null, context.getClassLoader());
  try {
      Class<?> clazz = loader.loadClass("com.kifile.sample.Sample");
      Object object = clazz.newInstance();
      Method method = clazz.getDeclaredMethod("println");
      if (method != null) {
          method.invoke(object);
     }
 } catch (ClassNotFoundException e) {
     e.printStackTrace();
 } catch (InstantiationException e) {
     e.printStackTrace();
 } catch (IllegalAccessException e) {
     e.printStackTrace();
 } catch (NoSuchMethodException e) {
     e.printStackTrace();
 } catch (InvocationTargetException e) {
     e.printStackTrace();
 }
           

通过以上代码,能够从位于/sdcard/demo.jar的文件中读取出一个”com.kifile.sample.Sample”类,并生成实例,动态调用其内部的”println”方法.

类加载流程分析

说了这么多了,都是教大家怎么在Android下动态加载java文件,现在我们来深入了解一下Android的类加载流程.

传统Java类加载流程

首先对于我们先简单说一下传统的Java程序的类加载流程.

几乎每一个Java类进行加载的时候都是通过ClassLoader进行加载的,当涉及引用新的类时,系统会自动调用当前类的ClassLoader区加载新类.

在加载的时候,首先判断类有无加载,然后再从父ClassLoader中尝试加载Class(之所以优先从父ClassLoader加载,是为了方便其他的兄弟ClassLoader能够复用这个Class),当父ClassLoader也无法找到时,才通过findClass方法进行自查找.

Dex类加载流程

熟悉了这个之后,我们再来看看Android的类加载流程.

其实两者的基本流程都是类似的:在能够复用类的时候,尽量复用类,实在找不到Class,才自己去查找,但Android程序毕竟同普通的Java程序有所不同,

首先Android程序里所有组件的启动均在ActivityThread中执行,同时在ActivityThread中会拥有一个LoadedApk的对象,在LoadedApk对象中,保存了包相关的数据,例如Dex文件和资源文件存放地址.

当我们启动Application,Activity,Service等组件的时候,系统从LoadedApk中获取ClassLoader对象,然后通过loadClass的方式,加载类.

这个ClassLoader对象就是PathClassLoader,因此对于Android应用而言,他几乎所有的类都是通过PathClassLoader进行加载(除了诸如String,System等类,他们在Dalvik虚拟机创建时就注册了).

所以我们需要关心的就是PathClassLoader的加载流程,PathClassLoader与上面样例代码中的DexClassLoader一样继承自BaseDexClassLoader.

我们看看BaseDexClassLoader类加载器的加载流程图.

以上文件的源码路径分别为:

$ANDROID/libcore/dalvik/src/main/java/dalvik/system/BaseDexClassLoader.java $ANDROID/libcore/dalvik/src/main/java/dalvik/system/DexPathList.java $ANDROID/libcore/dalvik/src/main/java/dalvik/system/DexFile.java $ANDROID/art/runtime/native/dalvik_system_DexFile.cc $ANDROID/art/runtime/native/java_lang_VMClassLoader.cc

如上所示,当DexClassLoader需要加载类时,先通过VMClassLoader查询该类是否已经加载,如果尚未加载就通过创建时传入的dexPath地址获取到dex包路径,然后根据Dex包路径去实例化Class对象,并存入虚拟机中,然后返回.

当你成功的从ClassLoader获取到Class时,其实在dalvik_system_DexFile中已经将当前类放置到ClassLoader对应的一张Hash表中,便于你下次重新获取:

#$ANDROID/art/runtime/native/dalvik_system_DexFile.cc#DexFile_defineClassNative
 class_linker->InsertDexFileInToClassLoader(soa.Decode<mirror::Object*>(dexFile),
     class_loader.Get());
           

#$ANDROID/art/runtime/class_linker.cc#InsertDexFileInToClassLoader
 class_table->InsertWithHash(klass, hash);
           

当我们通过ClassLoader获取类时,通过以下代码,将ClassLoader本身传入本地代码块,从ClassLoader对应的Hash表中查询类是否已经定义.

protected final Class<?> findLoadedClass(String className) {
     ClassLoader loader;
     if (this == BootClassLoader.getInstance())
         loader = null;
     else
         loader = this;
     return VMClassLoader.findLoadedClass(loader, className);
 }
           

以此,Android就完成了他的类加载流程.

原文地址： http://blog.kifile.com/android/2015/11/10/dex_class_loader.html