Android插件化探索(一)类加载器DexClassLoader
来源:互联网 发布:java开源项目 编辑:程序博客网 时间:2024/05/16 13:47
本文出自maplejaw的博客(http://blog.csdn.net/maplejaw_)
本文部分内容参考自《Android内核剖析》
基本概念
在Java环境中,有个概念叫做“类加载器”(ClassLoader),其作用是动态装载Class文件。标准的Java SDK中有一个ClassLoader类,借助它可以装载想要的Class文件,每个ClassLoader对象在初始化时必须指定Class文件的路径
没有使用过ClassLoader的读者可能会问:“在过去的程序开发中,当我们需要某个类时,只需使用import关键字包含该类就可以了,为什么还要类加载器呢?”简单的讲,import中所引用的类文件有两个特点:
- 必须存在于本地,当程序运行时需要该类时,内部类装载器会自动装载该类,这对程序员来讲是透明的,即程序员感知不到这一过程。
- 编译时必须在现场,否则编译不过会因为找不到引用文件而正常编译。
但在有些情况下,所需的类却不能满足以上两个条件。比如当该类时从远程下载并在本地执行时,典型的例子就是通过浏览器中的AppleLet执行的Java程序,这些要执行的程序是在服务器端。另一种情况是,要引用的Class文件不方便在编译时直接参与,而只能运行时动态调用。举例来讲,在Android Framework中,所包含的Class文件是一些通用的类文件,但对于一些设备商而言,他们需要扩充Framework,扩充的具体工作包括两点:
- 需要增加一些额外的类文件,这些类文件提供厂商自定义的功能,这些文件一般以独立的Jar包存在。
- 需要修改Framework中的已有类文件,比如WindowManagerServcie类,在该类中添加使用自定义Jar包中的代码。使用自定义Jar包的常用方法是使用import关键字包含的自定义的类,但为了保持和原生Framework的兼容性、对于原生Framework最少化修改,可以使类装载器动态装载自定义Jar包。
这就是使用ClassLoader的原因。
在一般情况下,应用程序不需要创建一个全新的ClassLoader对象,而是使用当前环境已经存在的ClassLoader。因为Javad的Runtime环境在初始化时,其内部会创建一个ClassLoader对象用于加载Runtime所需的各种Java类。
每个ClassLoader必须有一个父ClassLoader,在装载Class文件时,子ClassLoader会先请求父ClassLoader加载该Class文件,只有当其父ClassLoader找不到该Class文件时,子ClassLoader才会继续装载该类,这是一种安全机制。关系ClassLoader的内部过程,大家可以参考《Inside the Java Virtual Machine》一书,作者为Bill Venners,相关链接如下:
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对于Android的应用程序,本质上虽然也是用Java开发,并且使用标准的Java编译器编译出Class文件,但最终的APK文件中包含的却是dex类型的文件。dex文件是将所需的所有Class文件重新打包,打包的规则不是简单的压缩,而是完全对Class文件内部的各种函数表、变量表等进行优化,并产生一个新的文件,这就是dex文件。由于dex文件是一种经过优化的Class文件,因此要加载这样特殊的Class文件就需要特殊的类装载器,这就是DexClassLoader,Android SDK中提供的DexClassLoader类就是出于这个目的。
初始API
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- dexPath: 指目标类所在的jar/apk文件路径, 多个路径使用 File.pathSeparator分隔, Android里面默认为 “:”
- optimizedDirectory: 解压出的dex文件的存放路径,以免被注入攻击,不可存放在外置存储。
下面来看DexClassLoader的使用方法。 - libraryPath :目标类中的C/C++库存放路径。
- parent: 父类装载器
使用方法
DexClassLoader的使用方法一般有两种:
1. 从已安装的apk中读取dex
2. 从apk文件中读取dex
假如有两个APK,一个是宿主APK,叫作HOST,一个是插件APK,叫作Plugin。Plugin中有一个类叫PluginClass,代码如下:
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现在如果想调用插件APK中PluginClass内的方法,应该怎么办?
1、从已安装的apk中读取dex
先来看第一种方法,这种方法必须建一个Activity,在清单文件中配置Action. 是在插件的apk工程中
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然后在宿主APK中如下使用
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我们安装完两个APK后,在宿主中就可以直接调用,调用示例如下。
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可以看出控制台打印结果如下。
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2、从apk文件中读取dex
这种方法由于并不需要安装,所以不需要通过Intent从activity中解析信息。换言之,这种方法不需要创建Activity。无需配置清单文件。我们只需要打包一个apk,然后放到SD卡中即可。
核心代码如下:
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运行结果如下:
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插件概念
插件是一个逻辑概念,而不是什么技术标准。总的来讲插件的概念包含以下意思:
- 插件不能独立运行,必须运行与一个宿主程序中,即由宿主程序去调用插件程序。
- 插件一般可以独立安装。
- 宿主程序中可以管理不同的插件,包或查看插件的多少,禁用和使用某个插件,如果多个插件功能是互斥的,则可以切换插件。
- 宿主程序应该保证参见的向下兼容性,即新版本的宿主程序可以运行较老版本的插件,或者说较老版本的插件能够在新版本的宿主程序中运行。
- 由于ClassLoader具有动态装载程序的特点,因此,可以使用该技术来实现一种插件架构。
插件架构化
通过ClassLoader装载的类,调用其内部函数的过程有点繁琐,使用反射构造Method对象、构造参数等等。那么,有没有一种方法,既能通过动态装载,利用动态装载的灵活性,又能像直接类引用那样方便地调用其函数?答案是有的,接口(Interface)。
首先定义一个interface接口,interface仅仅定义函数的输入输出,不定义函数的具体实现。该interface类一方面存在于Plugin项目中,另一方面存在于HOST宿主项目中。
这种方法,需保证接口的完整类名(包名+类名)是一样的,否则将会报如下异常。
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我们应该保证两者的完整类名是一致的。一般会建一个插件接口库,给两个项目分别引用即可。又或者,在两个工程中创建一个同样名字的用于存放插件接口的包,然后把插件接口类统一放到那个包下即可。
接口定义如下:
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现将PluginClass修改成如下:
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相应的调用核心代码修改如下:
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打印结果如下
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注意!!!如果你按照上面进行操作,会发现这种方法在Android5.0以上运行没有任何问题,但是在5.0以下运行。你会发现报错了!!!
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从字面意思可以知道Class预校验出错,为什么会报这个错呢?那是因为插件接口被同一个加载器装载了两次。由于插件接口存在于两个不同的dex文件中,每个dex文件有一个类型id,检测到不一致所以报错。如果想加载两个相同的类,一定要用两个加载器去分别装载。你可能心想,我不是new了一个类加载器吗?明明不一样啊。由于双亲委托原则,会请求父加载器去加载,所以导致加载器是一样的。
那么怎么解决这一问题呢?思路很简单。只需保证插件接口只被装载一次就行了,一般选择让宿主APK加载。。
先把插件接口打包成jar包plugin.jar。
然后在宿主apk中如下引用
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在插件apk中如下引用,这种方式在打包时不会将jar包一起打包进去
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获取资源文件
在了解了ClassLoader的基本用法后,那么问题来了,如果想访问插件中的资源文件怎么办?
获取资源的方式比较简单,首先得知道名字,这些名字最好要事先约定好,根据名字获取相应的id,最后用id取相应资源。Android中提供的获取Resource得API:
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- 取图片资源
首先在插件APK中的drawable文件夹中放进图片a.jpg。然后在宿主APK中编写核心代码如下。
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取String
比如插件APK中的string中写了author信息。- 1
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取出author信息
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取颜色
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源码解读
从上面的例子可以看出,一般使用Class<?> clazz = calssLoader.loadClass("com.maplejaw.plugin.PluginClass");
来加载类,那么这个类做了什么呢?
由于DexClassLoader继承自BaseDexClassLoader,且遵循着双亲委托,那我们先来看下BaseDexClassLoader中的源码。
构造方法如下,可见一个DexClassLoader包含一个DexPathList。DexPathList用一个来存放dex信息的列表
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我们来简单看一下DexPathList的源码。
属性列表如下:
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Element内部类的构造方法如下:
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DexPathList的构造方法如下
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我们来看看makeDexElements方法,看看dexElements数组是怎么赋值的。
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我们现在回到Class<?> clazz = calssLoader.loadClass("com.maplejaw.plugin.PluginClass");
,从ClassLoader类中找到loadClass
源码,如下
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内部调用了loadClass的重载方法。
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可以看出,该方法分三步装载类:
* 从已装载过的类中找
* 如果从已装载过的列表中找不到,则从父类装载
* 如果父类找不到,从子类装载
先来看看findLoadedClass(已装载过的类)源码如下,最终调用虚拟机的装载器去寻找。
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由于第一次装载一定会走findClass这个方法,我们来看下源码,可以看出,最终会去pathList中寻找
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找到DexPathList的findClass方法。
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最后
由于SDK中无法直接查看DexClassLoader相关源码。这里把源码链接贴出来。方便大家阅读。
- DexClassLoader相关源码链接
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