Android动态加载技术基础之Class文件与Dex文件的结构

Class文件

Class文件是Java虚拟机定义并被其所识别的文件格式,通俗地讲,每一个接口或者类对应一个Class文件。

Class文件格式

  • Class文件是一组以8位字节为基础单位的的二进制流。
  • 各数据项目之间没有任何分隔符
  • Class文件格式采用的结构只有两种数据结构:无符号数和表。
    • 无符号数:以u1,u2等表示1,2个字节的无符号数,无符号数可用于描述数字、索引引用、数量值、字符串值。
    • 表:以多个无符号数或者表组成,通常以_info结尾,整个Class文件就是一张表。

Class文件的组成:

Class文件结构
  • 魔数:Class文件开始四个字节是魔数,用于验证该文件是否能被虚拟机执行
  • 版本号:魔数后四个字节则是Class文件的主版本号和次版本号
  • 常量池:版本号后面紧跟着的则是常量池部分。常量池不同与java中,它是由1开始计数的,常量痴表的数目是常量个数减一。第0项为保留项目,用于指示当前Class文件不需要引用任何一个常量池。常量池中主要包含两大类常量:
    • 字面量:包括文本字符串,被声明为final的常量值等。
    • 符号引用:包括类和接口的权限定名,字段的名称和描述符,方法的名称和描述符
  • 访问标志:常量池部分结束后则是访问标志部分,该部分包括信息:是类还是接口,是否定义为public,是否final,是否abstract等信息。
  • 访问标志之后则是类索引,父类索引,接口索引集合部分,该部分的主要信息为:该类的信息的索引,父类的信息的索引,实现接口的个数和对应接口信息的索引。(通过指向一个类型为CONSTANT_Class_info的类描述符常量,从而在对应的常量池找到相关信息)
  • 字段表:接下来的部分则是用于描述类声明的变量信息,包括变量的作用域,是否为static,是否为final等信息。
  • 方法表:方法表则是用于描述类中方法的信息,与字段表类似。
  • 属性表:属性表在字段表和方法表中都会出现,主要用于描述某些场景特有的信息。比如方法是否抛出异常,被final声明的变量的值,内部类列表等信息。

Dex文件

Dex是Android平台上(Dalvik虚拟机,art虚拟机)的可执行文件,每个APK压缩包中都包含一个(或者多个MultiDex)Dex文件,Dex文件中包含了app的所有源码。

Dex文件的结构

  • Dex文件是一组以8位字节为基础单位的的二进制流。
  • Dex文件的各数据项目之间也没有任何分隔符
  • Dex文件由文件头,索引区,数据区三个部分组成


    Dex文件结构
  • 其各个元素的解释如下:
    • header:dex文件头部,记录整个dex文件的相关属性
    • string_ids:字符串数据索引,记录了每个字符串在数据区的偏移量
    • type_ids:类型数据索引,记录了每个类型的字符串索引
    • proto_ids:原型数据索引,记录了方法声明的字符串,返回类型字符串,参数列表
    • field_ids:字段数据索引,记录了所属类,类型以及方法名
    • method_ids:类方法索引,记录方法所属类名,方法声明以及方法名等信息
    • class_defs:类定义数据索引,记录指定类各类信息,包括接口,超类,类数据偏移量
    • data:数据区,保存了各个类的真实数据
    • link_data:连接数据区

header

文件头记录了dex文件的一些基本信息, 以及大致的数据分布。其各字段及解释如下:



索引区

索引区中索引了整个dex中的字符串、类型、方法声明、字段以及方法的信息, 其结构体的开始位置和个数均来自dex文件头中的记录

  • 字符串索引区:描述dex文件中所有的字符串信息
  • 类型索引区:描述dex文件中所有的类型, 如类类型、基本类型、返回值类型等
  • 方法声明索引区:描述dex文件中所有的方法声明
  • 字段索引区:描述dex文件中所有的字段声明, 这个结构中的数据全部都是索引值, 指明了字段所在的类、字段的类型以及字段名称
  • 方法索引区:描述Dex文件中所有的方法, 指明了方法所在的类、方法的声明以及方法名字

数据区

索引区中的最终数据偏移以及文件头中描述的偏移都指向数据区, 还包括了即将要解析的class_def_item

  • class_def_item:这个结构由dex文件头中的classDefsSize和classDefsOff所指向, 描述Dex文件中所有类定义信息, 每一个DexClassDef中包含一个DexClassData的结构(classDataOff),每一个DexClassData中包含了一个Class的数据, Class数据中包含了所有的方法, 方法中包含了该方法中的所有指令

Class文件和Dex文件对比

  • Class文件是JVM的执行文件,而Dex文件是安卓虚拟机(Dalvik,art)的执行文件
  • Class文件对应Java中每一个类,而Dex文件则包含整个APK文件中的JAVA代码,故Dex文件可以大大缩小体积,减少Class文件的数据冗余,有利于在移动端中运行。(可以通过SDK中的dx命令将若干个Class文件转化为Dex文件)
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