淺談Android Classloader動態加載分析

ClassLoader概念

我們知道，Java源文件（.java）經過編譯器編譯之后，會轉換成Java字節碼(.class)，然而程序是如何加載這些字節碼文件到內存中呢？這就用到了ClassLoader，即類加載器。ClassLoader類加載器負責讀取 Java 字節代碼，并轉換成 java.lang.Class類的一個實例。從而只有class文件被載入到了內存之后，才能被其程序所引用。所以ClassLoader就是用來動態加載class文件到內存當中用的。

ClassLoader的分類

Android中的常用幾種類加載器類型繼承關系劃分可以用一組關系圖來表示

BootClassLoder

通過查看ClassLoader源碼 我們得知，Android中在默認父加載器傳入的情況下，默認父加載器為PathClassLoder，而PathClassLoader的父加載器正是BootClassLoader。BootClassLoader是ClassLoader的內部類，是包內可見，我們無法直接使用，也無法直接動態加載。

 /**
   * Encapsulates the set of parallel capable loader types.
   */
  private static ClassLoader createSystemClassLoader() {
    String classPath = System.getProperty("java.class.path", ".");
    String librarySearchPath = System.getProperty("java.library.path", "");

    ...省略部分代碼

    //默認父構造器為PathClassLoder
    return new PathClassLoader(classPath, librarySearchPath, BootClassLoader.getInstance());
  }

URLClassLoader

URLClassLoader繼承自SecureClassLoader，SecureClassLoader繼承自ClassLoader。URLClassLoader的特點就是只能加載jar文件，但是dalvik不能直接識別jar。所以在Android中無法直接使用這個類加載器。

BaseDexClassLoader

BaseDexClassLoader直接繼承自ClassLoader，下面是其構造函數

public BaseDexClassLoader(String dexPath, File optimizedDirectory, String librarySearchPath, ClassLoader parent) {
    super(parent);
    this.pathList = new DexPathList(this, dexPath, librarySearchPath, null);
    ....
  }

下面解析下這四個參數

1. dexPath:指目標類所在的apk、dex或者jar文件的路徑（包括SD卡），然后加載器將從該路徑中尋找到指定的目標類。當然了，這個路徑可以是多個路徑，這樣可以尋找到多個目標類，多路徑之間需要使用特定的分隔符，分隔符可以使用System.getProperty("path.separtor")獲取。
2. optimizedDirectory:由于dex文件被包含在apk或者jar文件中，需要先解壓出來，而這個參數 就代表了被解壓的路徑。而且apk文件其實也是一個壓縮包，解壓的過程其實也是一個ODEX優化的過程，那么何為ODEX優化呢？其實就是把包里面的可執行程序提取出來變成ODEX文件，存放到optimizedDirectory目錄下，因為提取出來的原因，應用第一次進行啟動的時候，直接使用ODEX文件 啟動速度自然是比解壓再啟動速度是要快的。為什么是應用第一次啟動呢？因為dex版本只有第一次啟動會解壓執行程序到/data/dalvik-cache（針對PathClassLoader），或者optimizedDirectory文件目錄下（針對DexClassLoader），之后就可以直接讀取目錄下的dex文件了。
3. librarySearchPath：指的是目標類所使用的c、c++庫存放的路徑
4. parent：是指該加載器的父加載器，一般為當前執行類的加載器。

PathClassLoader

public PathClassLoader(String dexPath, ClassLoader parent) { 
    super(dexPath, null, null, parent); 
} 

 public PathClassLoader(String dexPath, String librarySearchPath, ClassLoader parent) {
    super(dexPath, null, librarySearchPath, parent);
   ...
 }

通過源碼我們可以知道，PathClassLoader繼承于BaseDexClassLoader，并且構造器將optimizedDirectory置為null，也就是沒有設置ODEX優化后的存儲路徑，前文有提到，如果沒有設置optimizedDirectory目錄，那么默認存儲路徑就是/data/dalvik-cache。因為這個原因，PathClassLoader被設定成只能加載Android系統類和已安裝的android應用類。

DexClassLoader

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

DexClassLoader也是繼承于BaseDexClassLoader，支持加載包含classes.dex文件的apk、jar，前文我們提到dalvik不支持直接加載jar文件，那么為什么到了DexClassLoader這里怎么就可以支持加載了呢？原因在于其父類BaseDexClassLoader對于“.jar”，“.apk”，".zip"，".dex"后綴的文件都會進行對應的處理，最終提取成可執行的dex文件。然而URLClassLoader并未對此做類似的處理，因此我們一般會采用DexClassLoader做動態加載。

InMemoryDexClassLoader

 public InMemoryDexClassLoader(ByteBuffer[] dexBuffers, ClassLoader parent) {
    super(dexBuffers, parent);
  }
  
  public InMemoryDexClassLoader(ByteBuffer dexBuffer, ClassLoader parent) {
    this(new ByteBuffer[] { dexBuffer }, parent);
  }

InMemoryDexClassLoader繼承于BaseDexClassLoader，是API26新增的類加載器。dexBuffers數組構造了一個DexPathList，可用于加載內存中的dex。

DelegateLastClassLoader

public DelegateLastClassLoader(String dexPath, ClassLoader parent) {
    super(dexPath, parent);
  }

DelegateLastClassLoader是API27新增的類加載器，繼承自 PathClassLoader。DelegateLastClassLoader實行最后的查找策略。使用DelegateLastClassLoader來加載每個類和資源，使用的是以下順序：

1. 判斷是否已經加載過該類
2. 搜索此類的類加載器是否已經加載過該類
3. 搜索與此類加載器相關聯的dexPath文件列表，并委托給父加載器。

雙親委托機制

Android類加載器通過loadClass加載目標類，下面是加載的源碼

 protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
    throws ClassNotFoundException
  {
      // 首先檢查當前目標類是否已經被加載過，有則直接返回
      Class<?> c = findLoadedClass(name);
      if (c == null) {
        try {
          if (parent != null) {
            //如果有父類加載器，優先使用父類加載器尋找目標類
            c = parent.loadClass(name, false);
          } else {
             //其次，如果有輔助類加載器，使用輔助類加載器尋找目標類
            c = findBootstrapClassOrNull(name);
          }
        } catch (ClassNotFoundException e) {
          // ClassNotFoundException thrown if class not found
          // from the non-null parent class loader
        }

        if (c == null) {
          //如果仍未找到，則通過尋找子ClassLoader的目標類（如果子ClassLoader重寫了findClass）
          c = findClass(name);
        }
      }
      return c;
  }

由上述源碼，我們可以總結：

1. 當前類加載器首先檢查目標類是否已經被加載過，有則直接返回
2. 當前類加載器會先委托父類加載器加載目標類，如果未設置父加載器，則檢查輔助加載器是否支持查詢加載目標類
3. 只有上述加載器找不到目標類的時候，才會調用當前類加載器（Child） 查詢路徑尋找目標類。

以上這么做的好處是：一方面防止目標類的重復加載，另外一方面 主要考慮安全因素，防止有人重寫原生類，比如說java.lang.String這樣的數據類型，替換原生的String類，加載到JVM中，造成嚴重的安全問題。

雙親委托機制 在Android熱修復領域中也有著廣泛的應用。每個ClassLoader可以有多個dex文件，每個dex文件是一個Element，多個dex文件組成一個dexElements，類加載器尋找類的時候，會遍歷dexElements中的dex文件，再通過dex文件遍歷目標類。由于雙親委托機制的存在，尋找到目標類后就直接返回，不再尋找其他dex文件下該目標類，熱修復的原理就是hook住ClassLoader，使其先加載修復后的目標類，而存在的BUG的目標類不會被加載。

以上就是本文的全部內容，希望對大家的學習有所幫助，也希望大家多多支持億速云。