ClassLoader解析以及应用

[TOC]

Android ClassLoader浅析
Android中的dex、apk、ClassLoader详解

  1. 程序在运行时把对应的类加载到内存中,在Android上来说就是把Dex文件中的类加载到内存。
  2. 双亲委派机制
public abstract class ClassLoader {
    private ClassLoader(Void unused, ClassLoader parent) {
        this.parent = parent;
    }
    
    protected ClassLoader(ClassLoader parent) {
        this(checkCreateClassLoader(), parent);
    }
    
    protected ClassLoader() {
        this(checkCreateClassLoader(), getSystemClassLoader());
    }
    
    public static ClassLoader getSystemClassLoader() {
        return SystemClassLoader.loader;
    }
    
    static private class SystemClassLoader {
        public static ClassLoader loader = ClassLoader.createSystemClassLoader();
    }
    
    private static ClassLoader createSystemClassLoader() {
        String classPath = System.getProperty("java.class.path", ".");
        String librarySearchPath = System.getProperty("java.library.path", "");

        return new PathClassLoader(classPath, librarySearchPath, BootClassLoader.getInstance());
    }
    
    public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        return loadClass(name, 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;
    }
    
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        throw new ClassNotFoundException(name);
    }
}

1. ClassLoader 继承关系

继承关系
[图片上传失败...(image-d446ce-1549854936566)]

  • PathClassLoader只能加载已经安装到Android系统中的apk文件(/data/app目录),是Android默认使用的类加载器
  • DexClassLoader可以加载任意目录下的dex/jar/apk/zip文件,比PathClassLoader更灵活,是实现热修复的重点

源码查看(基于API28 9.0)
在8.0以上,optimizedDirectory参数传的都是null,也就是说PathClassLoaderDexClassLoader没差别,DexClassLoader可以加载未安装的apk,PathClassLoader也可以。

/**
 * Provides a simple {@link ClassLoader} implementation that operates on a list
 * of files and directories in the local file system, but does not attempt to
 * load classes from the network. Android uses this class for its system class
 * loader and for its application class loader(s).
 *///
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);
   }
}
/**
 * A class loader that loads classes from {@code .jar} and {@code .apk} files
 * containing a {@code classes.dex} entry. This can be used to execute code not
 * installed as part of an application.
*///
public class DexClassLoader extends BaseDexClassLoader {
    public DexClassLoader(String dexPath, String optimizedDirectory,
                          String librarySearchPath, ClassLoader parent) {
        super(dexPath, null, librarySearchPath, parent);
    }
}

具体实现还得看BaseDexClassLoader的构造方法。

public class BaseDexClassLoader extends ClassLoader {
    private final DexPathList pathList;

   public BaseDexClassLoader(String dexPath, File optimizedDirectory,
                          String librarySearchPath, ClassLoader parent) {
        this(dexPath, optimizedDirectory, librarySearchPath, parent, false);
    }

    // 参数dexPath:待加载的apk/dex/jar文件路径;
    // 参数optimizedDirectory:dex的输出路径,将apk/dex/jar解压出dex文件,复制到指定路径,用于dalvik运行
    // 参数librarySearchPath:加载时候需要用到的lib库,这个一般不用,可以传入Null
    // 参数parent:指定父加载器
    public BaseDexClassLoader(String dexPath, File optimizedDirectory,
                              String librarySearchPath, ClassLoader parent, boolean isTrusted) {
        super(parent);
        this.pathList = new DexPathList(this, dexPath, librarySearchPath, null, isTrusted);
        ...
    }

    @Override
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        ...
        Class c = pathList.findClass(name, suppressedExceptions);
        ...
        return c;
    }

    @Override
    protected URL findResource(String name) {
        return pathList.findResource(name);
    }
    
    @Override
    public String findLibrary(String name) {
        return pathList.findLibrary(name);
    }
}

构造方法中创建了一个DexPathList对象,而BaseDexClassLoader中的各个findxxx()调用的是DexPathList对象.findxxx()

DexPathList的构造方法和findxxx()方法。

final class DexPathList {
    
    private Element[] dexElements;
    
    DexPathList(ClassLoader definingContext, String dexPath,
            String librarySearchPath, File optimizedDirectory, boolean isTrusted) {
        ...
        // 加载dexPath路径下的dex和resource
        this.dexElements = makeDexElements(splitDexPath(dexPath), optimizedDirectory, suppressedExceptions, definingContext, isTrusted);
        ...
    }
    
    private static Element[] makeDexElements(List<File> files, File optimizedDirectory,
        List<IOException> suppressedExceptions, ClassLoader loader, boolean isTrusted) {
     
      Element[] elements = new Element[files.size()];
      int elementsPos = 0;
      for (File file : files) {
          if (file.isDirectory()) {
              elements[elementsPos++] = new Element(file);
          } else if (file.isFile()) {
              String name = file.getName();

              DexFile dex = null;
              if (name.endsWith(DEX_SUFFIX)) {
                  // Raw dex file (not inside a zip/jar).
                  try {
                      dex = loadDexFile(file, optimizedDirectory, loader, elements);
                      if (dex != null) {
                          elements[elementsPos++] = new Element(dex, null);
                      }
                  } catch (IOException suppressed) {
                      System.logE("Unable to load dex file: " + file, suppressed);
                      suppressedExceptions.add(suppressed);
                  }
              } else {
                  try {
                      dex = loadDexFile(file, optimizedDirectory, loader, elements);
                  } catch (IOException suppressed) {
                      suppressedExceptions.add(suppressed);
                  }

                  if (dex == null) {
                      elements[elementsPos++] = new Element(file);
                  } else {
                      elements[elementsPos++] = new Element(dex, file);
                  }
              }
          } else {
              System.logW("ClassLoader referenced unknown path: " + file);
          }
      }
      return elements;
    }
}

挨个文件中寻找Class对象

 public Class<?> findClass(String name, List<Throwable> suppressed) {
        for (Element element : dexElements) {
            Class<?> clazz = element.findClass(name, definingContext, suppressed);
            if (clazz != null) {
                return clazz;
            }
        }

        if (dexElementsSuppressedExceptions != null) {
            suppressed.addAll(Arrays.asList(dexElementsSuppressedExceptions));
        }
        return null;
    }

2. 热更新实现原理

源码

如果是.dex后缀的文件,会直接放到dexElements数组中,否则就从这个文件中寻找dex文件,找到后放到dexElements数组。
ClassLoader#loadClass就是遍历dexElements数组,从dex文件中找到要找的class文件。

那我们是不是在这个数组前安插一个自己的数组,是不是就可以了?

做法:
拿到我当前应用的dexElements数组,然后拿到已修复的dex或apk文件的dexElements数组,把已修复的数组放到当前应用的数组前面。

public class HotfixApplication extends Application {
    @Override
    protected void attachBaseContext(Context base) {
        super.attachBaseContext(base);

        File apk = new File(getCacheDir() + "/hotfix.dex");
        if (apk.exists()) {
            try {
            //1. 获取当前应用的dexElements数组
                ClassLoader classLoader = getClassLoader();
                Class loaderClass = BaseDexClassLoader.class;
                Field pathListField = loaderClass.getDeclaredField("pathList");
                pathListField.setAccessible(true);
                Object pathListObject = pathListField.get(classLoader);
                Class pathListClass = pathListObject.getClass();
                Field dexElementsField = pathListClass.getDeclaredField("dexElements");
                dexElementsField.setAccessible(true);
                Object dexElementsObject = dexElementsField.get(pathListObject);

            //2. 获取已修复dex或apk的dexElements数组
                PathClassLoader newClassLoader = new PathClassLoader(apk.getPath(), null);
                Object newPathListObject = pathListField.get(newClassLoader);
                Object newDexElementsObject = dexElementsField.get(newPathListObject);

            //3. 数组合并,把修复的数组放在自己的数组前面
                int oldLength = Array.getLength(dexElementsObject);
                int newLength = Array.getLength(newDexElementsObject);
                Object concatDexElementsObject = Array.newInstance(dexElementsObject.getClass().getComponentType(), oldLength + newLength);
                for (int i = 0; i < newLength; i++) {
                    Array.set(concatDexElementsObject, i, Array.get(newDexElementsObject, i));
                }
                for (int i = 0; i < oldLength; i++) {
                    Array.set(concatDexElementsObject, newLength + i, Array.get(dexElementsObject, i));
                }

                dexElementsField.set(pathListObject, concatDexElementsObject);
            } catch (NoSuchFieldException e) {
                e.printStackTrace();
            } catch (IllegalAccessException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

3. 插件化原理

利用ClassLoader在新的apk中loadClass,利用反射获取新的apk中的class

3.1 问题

Q: 怎么启动插件apk中的Activity?
A: 由于启动Activity系统会校验清单文件,如果没有该Activity会异常。我们可以创建一个代理的Activity,启动这个代理Activity,然后在代理Activity中执行真实对象的方法(这个真实对象需要有和Activity一样的方法)。

Q: 怎样获取插件apk中的Resource文件
A: 我们要知道,Resource也是利用AssetManager获取的,所以我们要自定义一个AssetManager,安放到Resource对象中。

public class ProxyActivity extends Activity {
    Object realActivity;

//    realActivity = ???;

    @Override
    protected void onCreate(@Nullable Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
//        realActivity.onCreate(savedInstanceState);

    }

    @Override
    public AssetManager getAssets() {
        try {
            Class assetManagerClass = AssetManager.class;
            AssetManager assetManager = (AssetManager) assetManagerClass.newInstance();
            Method addAssetPath = assetManagerClass.getDeclaredMethod("adAssetPath", String.class);
            addAssetPath.invoke(assetManager, "apkPath");
            return assetManager;
        } catch (IllegalAccessException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (InstantiationException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (NoSuchMethodException e) {
            e.printStackTrace();
        } catch (InvocationTargetException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return super.getAssets();
    }

    @Override
    public Resources getResources() {
        return new Resources(getAssets(), getResources().getDisplayMetrics(), getResources().getConfiguration());
    }
}
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