Android 外掛化入手指南之classLoader完全解析
原文：https://blog.csdn.net/u012124438/article/details/53235848
Java程式碼都是寫在Class裡面的，程式執行在虛擬機器上時，虛擬機器需要把需要的Class載入進來才能建立例項物件並工作，而完成這一個載入工作的角色就是ClassLoader。
類載入器ClassLoader介紹
Android的Dalvik/ART虛擬機器如同標準JAVA的JVM虛擬機器一樣，在執行程式時首先需要將對應的類載入到記憶體中。因此，我們可以利用這一點，在程式執行時手動載入Class，從而達到程式碼動態載入可執行檔案的目的。Android的Dalvik/ART虛擬機器雖然與標準Java的JVM虛擬機器不一樣，ClassLoader具體的載入細節不一樣，但是工作機制是類似的，也就是說在Android中同樣可以採用類似的動態載入外掛的功能，只是在Android應用中動態載入一個外掛的工作要比Eclipse載入一個外掛複雜許多（這點後面在解釋說明）。
ClassLoader例項有多個
動態載入的基礎是ClassLoader，從名字也可以看出，ClassLoader就是專門用來處理類載入工作的，所以這貨也叫類載入器，而且一個執行中的APP 不僅只有一個類載入器。
其實，在Android系統啟動的時候會建立一個Boot型別的ClassLoader例項，用於載入一些系統Framework層級需要的類，我們的Android應用裡也需要用到一些系統的類，所以APP啟動的時候也會把這個Boot型別的ClassLoader傳進來。
此外，APP也有自己的類，這些類儲存在APK的dex檔案裡面，所以APP啟動的時候，也會建立一個自己的ClassLoader例項，用於載入自己dex檔案中的類。
public class MainActivity extends AppCompatActivity { private static final String TAG = "MainActivity"; @Override protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) { super.onCreate(savedInstanceState); setContentView(R.layout.activity_main); ClassLoader classLoader = getClassLoader(); if (classLoader != null) { Log.i(TAG, "[onCreate] classLoader" + ":" + classLoader.toString()); while (classLoader.getParent() != null) { classLoader = classLoader.getParent(); Log.i(TAG, ":[classLoader classLoader]" + ":" + classLoader.toString()); } } } }
2018-11-30 11:15:01.830 15605-15605/com.example.v_xinxxliu.pluginization_demo I/MainActivity: [onCreate] classLoader:dalvik.system.PathClassLoader[DexPathList[[zip file "/data/app/com.example.v_xinxxliu.pluginization_demo-UoVITAh53Cib_e_s_BGfDg==/base.apk", zip file "/data/app/com.example.v_xinxxliu.pluginization_demo-UoVITAh53Cib_e_s_BGfDg==/split_lib_dependencies_apk.apk", zip file "/data/app/com.example.v_xinxxliu.pluginization_demo-UoVITAh53Cib_e_s_BGfDg==/split_lib_resources_apk.apk", zip file "/data/app/com.example.v_xinxxliu.pluginization_demo-UoVITAh53Cib_e_s_BGfDg==/split_lib_slice_0_apk.apk", zip file "/data/app/com.example.v_xinxxliu.pluginization_demo-UoVITAh53Cib_e_s_BGfDg==/split_lib_slice_1_apk.apk", zip file "/data/app/com.example.v_xinxxliu.pluginization_demo-UoVITAh53Cib_e_s_BGfDg==/split_lib_slice_2_apk.apk", zip file "/data/app/com.example.v_xinxxliu.pluginization_demo-UoVITAh53Cib_e_s_BGfDg==/split_lib_slice_3_apk.apk", zip file "/data/app/com.example.v_xinxxliu.pluginization_demo-UoVITAh53Cib_e_s_BGfDg==/split_lib_slice_4_apk.apk", zip file "/data/app/com.example.v_xinxxliu.pluginization_demo-UoVITAh53Cib_e_s_BGfDg==/split_lib_slice_5_apk.apk", zip file "/data/app/com.example.v_xinxxliu.pluginization_demo-UoVITAh53Cib_e_s_BGfDg==/split_lib_slice_6_apk.apk", zip file "/data/app/com.example.v_xinxxliu.pluginization_demo-UoVITAh53Cib_e_s_BGfDg==/split_lib_slice_7_apk.apk", zip file "/data/app/com.example.v_xinxxliu.pluginization_demo-UoVITAh53Cib_e_s_BGfDg==/split_lib_slice_8_apk.apk", zip file "/data/app/com.example.v_xinxxliu.pluginization_demo-UoVITAh53Cib_e_s_BGfDg==/split_lib_slice_9_apk.apk"],nativeLibraryDirectories=[/data/app/com.example.v_xinxxliu.pluginization_demo-UoVITAh53Cib_e_s_BGfDg==/lib/arm64, /system/lib64, /system/vendor/lib64]]]
2018-11-30 11:15:01.830 15605-15605/com.example.v_xinxxliu.pluginization_demo I/MainActivity: :[classLoader classLoader]:[email protected]可以看見有2個Classloader例項，一個是BootClassLoader（系統啟動的時候建立的），另一個是PathClassLoader（應用啟動時建立的，用於載入“/data/app/me.kaede.anroidclassloadersample-1/base.apk”裡面的類）。由此也可以看出，一個執行的Android應用至少有2個ClassLoader。
建立自己ClassLoader例項
動態載入外部的dex檔案的時候，我們也可以使用自己建立的ClassLoader例項來載入dex裡面的Class，不過ClassLoader的建立方式有點特殊，我們先看看它的構造方法
/* * constructor for the BootClassLoader which needs parent to be null. */
ClassLoader(ClassLoader parentLoader, boolean nullAllowed) {
if (parentLoader == null && !nullAllowed) {
throw new NullPointerException("parentLoader == null && !nullAllowed");
}
parent = parentLoader;
}
建立一個ClassLoader例項的時候，需要使用一個現有的ClassLoader例項作為新建立的例項的Parent。這樣一來，一個Android應用，甚至整個Android系統裡所有的ClassLoader例項都會被一棵樹關聯起來，這也是ClassLoader的 雙親代理模型（Parent-Delegation Model）的特點。
ClassLoader雙親代理模型載入類的特點和作用
JVM中ClassLoader通過defineClass方法載入jar裡面的Class，而Android中這個方法被棄用了。
@Deprecated
protected final Class<?> defineClass(byte[] classRep, int offset, int length) throws ClassFormatError {
throw new UnsupportedOperationException("can't load this type of class file");
}
取而代之的是loadClass方法
public Class<?> loadClass(String className) throws ClassNotFoundException {
return loadClass(className, false);
} 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;
}
從原始碼中我們也可以看出，loadClass方法在載入一個類的例項的時候
1) 會先查詢當前ClassLoader例項是否載入過此類，有就返回；
2) 如果沒有。查詢Parent是否已經載入過此類，如果已經載入過，就直接返回Parent載入的類；
3) 如果繼承路線上的ClassLoader都沒有載入，才由Child執行類的載入工作；
這樣做有個明顯的特點，如果一個類被位於樹根的ClassLoader載入過，那麼在以後整個系統的生命週期內，這個類永遠不會被重新載入。
使用ClassLoader需要注意的問題
如果你希望通過動態載入的方式，載入一個新版本的dex檔案，使用裡面的新類替換原有的舊類，從而修復原有類的BUG，那麼你必須保證在載入新類的時候，舊類還沒有被載入，因為如果已經載入過舊類，那麼ClassLoader會一直優先使用舊類。
如果舊類總是優先於新類被載入，我們也可以使用一個與載入舊類的ClassLoader沒有樹的繼承關係的另一個ClassLoader來載入新類，因為ClassLoader只會檢查其Parent有沒有載入過當前要載入的類，如果兩個ClassLoader沒有繼承關係，那麼舊類和新類都能被載入。
不過這樣一來又有另一個問題了，在Java中，只有當兩個例項的類名、包名以及載入其的ClassLoader都相同，才會被認為是同一種類型。上面分別載入的新類和舊類，雖然包名和類名都完全一樣，但是由於載入的ClassLoader不同，所以並不是同一種類型，在實際使用中可能會出現型別不符異常。
同一個Class = 相同的 ClassName + PackageName + ClassLoader
這個在採用動態載入功能的開發中容易出現，請注意。
DexClassLoader與PathClassLoader
平時開發的時候，使用DexClassLoader就夠用了，但是我們不妨挖一下這兩者具體細節上的區別。
class DexClassLoader extends BaseDexClassLoader {
public DexClassLoader(String dexPath, String optimizedDirectory, String libraryPath, ClassLoader parent) {
super(dexPath, new File(optimizedDirectory), libraryPath, parent);
}
}
class PathClassLoader extends BaseDexClassLoader {
public PathClassLoader(String dexPath, ClassLoader parent) {
super(dexPath, null, null, parent);
}
public PathClassLoader(String dexPath, String libraryPath, ClassLoader parent) {
super(dexPath, null, libraryPath, parent);
}
}
這兩者只是簡單的對BaseDexClassLoader做了一下封裝，具體的實現還是在父類裡。不過這裡也可以看出，PathClassLoader的optimizedDirectory只能是null，進去BaseDexClassLoader看看這個引數是幹什麼的
public BaseDexClassLoader(String dexPath, File optimizedDirectory, String libraryPath, ClassLoader parent) {
super(parent);
this.originalPath = dexPath;
this.pathList = new DexPathList(this, dexPath, libraryPath, optimizedDirectory);
}
這裡建立了一個DexPathList例項，進去看看
public DexPathList(ClassLoader definingContext, String dexPath, String libraryPath, File optimizedDirectory) {
……
this.dexElements = makeDexElements(splitDexPath(dexPath), optimizedDirectory);
}
private static Element[] makeDexElements(ArrayList<File> files, File optimizedDirectory) {
ArrayList<Element> elements = new ArrayList<Element>();
for (File file : files) {
ZipFile zip = null;
DexFile dex = null;
String name = file.getName();
if (name.endsWith(DEX_SUFFIX)) {
dex = loadDexFile(file, optimizedDirectory);
} else if (name.endsWith(APK_SUFFIX) || name.endsWith(JAR_SUFFIX) || name.endsWith(ZIP_SUFFIX)) {
zip = new ZipFile(file);
}
……
if ((zip != null) || (dex != null)) {
elements.add(new Element(file, zip, dex));
}
} return elements.toArray(new Element[elements.size()]);
}
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);
}
}
/**
* Converts a dex/jar file path and an output directory to an * output file path for an associated optimized dex file.
*/
private static String optimizedPathFor(File path, File optimizedDirectory) {
String fileName = path.getName();
if (!fileName.endsWith(DEX_SUFFIX)) {
int lastDot = fileName.lastIndexOf(".");
if (lastDot < 0) {
fileName += DEX_SUFFIX;
} else {
StringBuilder sb = new StringBuilder(lastDot + 4);
sb.append(fileName, 0, lastDot);
sb.append(DEX_SUFFIX);
fileName = sb.toString();
}
}
File result = new File(optimizedDirectory, fileName);
return result.getPath();
}
看到這裡我們明白了，optimizedDirectory是用來快取我們需要載入的dex檔案的，並建立一個DexFile物件，如果它為null，那麼會直接使用dex檔案原有的路徑來建立DexFile物件。
optimizedDirectory必須是一個內部儲存路徑，還記得我們之前說過的，無論哪種動態載入，載入的可執行檔案一定要存放在內部儲存。DexClassLoader可以指定自己的optimizedDirectory，所以它可以載入外部的dex，因為這個dex會被複制到內部路徑的optimizedDirectory；而PathClassLoader沒有optimizedDirectory，所以它只能載入內部的dex，這些大都是存在系統中已經安裝過的apk裡面的。
載入類的過程
上面還只是建立了類載入器的例項，其中建立了一個DexFile例項，用來儲存dex檔案，我們猜想這個例項就是用來載入類的。
Android中，ClassLoader用loadClass方法來載入我們需要的類
public Class<?> loadClass(String className) throws ClassNotFoundException {
return loadClass(className, false);
}
protected Class<?> loadClass(String className, boolean resolve) throws ClassNotFoundException {
Class<?> clazz = findLoadedClass(className);
if (clazz == null) {
ClassNotFoundException suppressed = null;
try {
clazz = parent.loadClass(className, false);
} catch (ClassNotFoundException e) {
suppressed = e;
}
if (clazz == null) {
try {
clazz = findClass(className);
} catch (ClassNotFoundException e) {
e.addSuppressed(suppressed);
throw e;
}
}
}
return clazz;
}
loadClass方法呼叫了findClass方法，而BaseDexClassLoader過載了這個方法，得到BaseDexClassLoader看看
@Override
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
Class clazz = pathList.findClass(name);
if (clazz == null) {
throw new ClassNotFoundException(name);
}
return clazz;
}
結果還是呼叫了DexPathList的findClass
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;
}
這裡遍歷了之前所有的DexFile例項，其實也就是遍歷了所有載入過的dex檔案，再呼叫loadClassBinaryName方法一個個嘗試能不能載入想要的類，真是簡單粗暴
public Class loadClassBinaryName(String name, ClassLoader loader) {
return defineClass(name, loader, mCookie);
}
private native static Class defineClass(String name, ClassLoader loader, int cookie);
看到這裡想必大家都明白了，loadClassBinaryName中呼叫了Native方法defineClass載入類。
至此，ClassLoader的建立和載入類的過程的完成了。有趣的是，標準JVM中，ClassLoader是用defineClass載入類的，而Android中defineClass被棄用了，改用了loadClass方法，而且載入類的過程也挪到了DexFile中，在DexFile中載入類的具體方法也叫defineClass，不知道是Google故意寫成這樣的還是巧合。
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Android程式比起使用動態載入時麻煩在哪裡
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通過上面的分析，我們知道使用ClassLoader動態載入一個外部的類是非常容易的事情，所以很容易就能實現動態載入新的可執行程式碼的功能，但是比起一般的Java程式，在Android程式中使用動態載入主要有兩個麻煩的問題：
1) Android中許多元件類（如Activity、Service等）是需要在Manifest檔案裡面註冊後才能工作的（系統會檢查該元件有沒有註冊），所以即使動態載入了一個新的元件類進來，沒有註冊的話還是無法工作；
2) Res資源是Android開發中經常用到的，而Android是把這些資源用對應的R.id註冊好，執行時通過這些ID從Resource例項中獲取對應的資源。如果是執行時動態載入進來的新類，那類裡面用到R.id的地方將會丟擲找不到資源或者用錯資源的異常，因為新類的資源ID根本和現有的Resource例項中儲存的資源ID對不上；