Android ClassLoader解析(2) - Android ClassLoader

摘要： ClassLoader的主要作用就是載入類，且Android應用邏輯也是使用Java語言編寫的，但Android ClassLoader和Java ClassLoader的原理卻不太一樣，關於Java 中ClassLoader的主要原理及使用見上一篇博文，本文主要比較兩者的差別後，主要討論A...

ClassLoader的主要作用就是載入類，且Android應用邏輯也是使用Java語言編寫的，但Android ClassLoader和Java ClassLoader的原理卻不太一樣，關於Java 中ClassLoader的主要原理及使用見上一篇博文，本文主要比較兩者的差別後，主要討論Android ClassLoader的原理及使用。

Android ClassLoader & Java ClassLoader

Java中的ClassLoader可以載入jar檔案和Class檔案；但在Android中不同，Android打包後是apk應用，解壓後看到其中包含一個class.dex檔案，無論DVM還是ART他們載入的不再是Class檔案，而是Dex檔案，因此ClassLoader在載入類的過程中也略有不同。

ClassLoader的繼承關係

其中，他們的關係如下：

• ClassLoader：抽象類，其中定義了ClassLoader的主要功能。BootClassLoader是它的內部類；
• SecureClassLoader： 和JDK8中的SecureClassLoader類的程式碼是一樣的，它繼承了抽象類ClassLoader。SecureClassLoader並不是ClassLoader的實現類，而是拓展了ClassLoader類加入了許可權方面的功能，加強了ClassLoader的安全性；
• URLClassLoader：和JDK8中的URLClassLoader類的程式碼是一樣的，它繼承自SecureClassLoader，用來通過URl路徑從jar檔案和資料夾中載入類和資源；但由於dalvik不能直接識別jar，所以在Android中無法使用這個載入器；
• BaseDexClassLoader：繼承自ClassLoader，是抽象類ClassLoader的具體實現類，PathClassLoader和DexClassLoader都繼承它，他們的主要邏輯都在這裡；
• InMemoryDexClassLoader：是Android8.0新增的類載入器，繼承自BaseDexClassLoader，用於載入記憶體中的dex檔案；

BootClassLoader

該類在 libcore/ojluni/src/main/java/java/lang/ClassLoader.java ，與Java中的BootstrapClassLoader不同，他不是C/C++程式碼，而是Java程式碼，且是ClassLoader的內部類，且BootClassLoader是在Zygote程序的入口方法中建立的。（注：BootClassLoader的訪問修飾符是預設的，只有在同一個包中才可以訪問，因此我們無法使用）

PathClassLoader

該類在 libcore/dalvik/src/main/java/dalvik/system/PathClassLoader.java ，用來載入系統類和應用程式的類，且不建議開發直接使用。程式碼如下：

public class PathClassLoader extends BaseDexClassLoader {
public PathClassLoader(String dexPath, ClassLoader parent) {
super(dexPath, null, null, parent);
}
public PathClassLoader(String dexPath, String librarySearchPath, ClassLoader parent) {
super(dexPath, null, librarySearchPath, parent);
}
}

PathClassLoader則是在Zygote程序建立SystemServer程序時建立的，其構造方法有三個引數：

• dexPath: 目標類所在的APK或jar檔案的路徑，多個路徑用檔案分隔符分隔，預設檔案分隔符為‘：’。支援載入APK、DEX和JAR，也可以從SD卡進行載入，最後都會生成一個對應的dex檔案。且最終將dexPath路徑上的檔案ODEX優化到內部位置optimizedDirectory，再進行載入；
• librarySearchPath: 包含 C/C++ 庫的路徑集合，多個路徑用檔案分隔符分隔分割，可以為null;
• parent: ClassLoader的parent;

DexClassLoader

該類在 libcore/dalvik/src/main/java/dalvik/system/DexClassLoader.java ，可以載入dex檔案以及包含dex的apk檔案或jar檔案，也支援從SD卡進行載入。因此可以在應用未安裝的情況下載入dex相關檔案。因此，它是熱修復和外掛化技術的基礎。程式碼如下：

public class DexClassLoader extends BaseDexClassLoader {
public DexClassLoader(String dexPath, String optimizedDirectory,
String librarySearchPath, ClassLoader parent) {
super(dexPath, new File(optimizedDirectory), librarySearchPath, parent);
}
}

其中，引數optimizedDirectory表示儲存ODEX檔案的路徑，ClassLoader只能載入內部儲存路徑中的dex檔案，所以這個路徑必須是一個內部儲存路徑。 應用程式第一次被載入的時候，為了提高以後的啟動速度和執行效率，Android系統會對dex相關檔案做一定程度的優化，並生成一個ODEX檔案，此後再執行這個應用程式的時候，只要載入優化過的ODEX檔案就行了，省去了每次都要優化的時間。

PathClassLoader沒有引數optimizedDirectory，這是因為PathClassLoader已經默認了引數optimizedDirectory的路徑為： /data/dalvik-cache

ClassLoader類載入過程

閱讀原始碼可知，Android中ClassLoader載入類的過程也符合雙親委派機制。根據之前的分析可知，在查到物件的過程中，如果一直委託到頂層的父載入器依然找不到，則會呼叫findClass向下查詢：

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;
}

且PathClassLoader和DexClassLoader的實現中只有建構函式，其具體實現都在BaseDexClassLoader中，其部分原始碼為：

private final DexPathList pathList;

@Override
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException { 
Class clazz = pathList.findClass(name);
if (clazz == null) { 
throw new ClassNotFoundException(name); 
} 
return clazz;
}

DexPathList 中的 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;
}

DexFile 中的loadClassBinaryName：

public Class loadClassBinaryName(String name, ClassLoader loader) { 
return defineClass(name, loader, mCookie);
}

private native static Class defineClass(String name, ClassLoader loader, int cookie);

因此，可得BaseDexClassLoader中有個pathList物件，pathList中包含一個DexFile的陣列dexElements，類載入的過程即：遍歷這個集合，通過DexFile去尋找，最終呼叫native方法的defineClass。

ClassLoader例項有多個

一個執行的Android應用至少有2個ClassLoader

1. BootClassLoader：在Android系統啟動的時候建立，用於載入系統Framework層級需要的類，而我們的Android應用也有可能需要用到一些系統的類，所以APP啟動的時候也會將BootClassLoader傳進來；
2. 自己的ClassLoader例項：應用啟動時建立，用於載入應用dex檔案中的類；

Android ClassLoader動態載入可能遇到的問題

1. 動態載入四大元件，需要提前在Manifest中註冊；
2. Resource資源問題，常見的是資源id問題；