Android源码学习——ClassLoader（1）

来源：互联网发布：sql developer使用编辑：程序博客网时间：2024/05/19 14:02

本文学习的源码参考AndroidXRef，版本为Lollipop 5.1.0_r1。

类加载与动态加载

Java代码是通过Class来实现的，程序运行时虚拟机首先将对应的类加载到内存中，然后才能进行对象实例化以及后续工作，而这个加载过程就是通过ClassLoader来实现的，也即是类加载。
同时，在Java虚拟机中，我们可以自定义继承自ClassLoader的类加载器，通过defineClass方法动态加载一个Class，实现控制程序的类加载过程，提高程序的灵活性。

Android的Dalvik/ART虚拟机与Java虚拟机一样，采用类加载机制，也具有动态加载技术，但是他们之间还是存在一些差异的。

Android的类加载机制

不管是类加载还是动态加载，它的基础都是ClassLoader，也即专门用来处理类加载工作的，也称为类加载器。而且，一个应用不仅仅只有一个类加载器。

实际上，Android系统启动时，会创建一个Boot类型的ClassLoader实例，用于加载一些系统Framework层级需要的类，而Android应用里也需要用到一些系统的类，所以APP启动的时候也会把这个Boot类型的ClassLoader传进来。另外，APP也有自己实现的类，这些类保存在APK的dex文件里面，所以APP启动的时候，也会创建一个自己的ClassLoader实例，用于加载自己dex文件中的类。

可以通过下面的代码查看当前程序的类加载器：

    // 获取当前程序的类加载器    ClassLoader classLoader = getClassLoader();    if (classLoader != null){        Log.i(TAG, "[onCreate] classLoader " + i + " : " + classLoader.toString());        // 获取当前类加载器的父类加载器        while (classLoader.getParent()!=null){            classLoader = classLoader.getParent();            Log.i(TAG,"[onCreate] classLoader " + i + " : " + classLoader.toString());        }    }

Android中的ClassLoader是一个抽象类，实际开发过程中，我们一般是使用他的两个具体的子类DexClassLoader、PathClassLoader这些类加载器来加载类的。他们的主要差别在于：

PathClassLoader只能加载系统中已经安装过的apk；
DexClassLoader可以加载jar/apk/dex，可以从SD卡中加载未安装的apk；

看具体代码：

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

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

这两个类加载器都只是简单的封装了BaseDexClassLoader，具体的实现还是调了父类里的方法。
但是可以看到，PathClassLoader的第二个参数optimizedDirectory只能是null。

继续看BaseDexClassLoader里面的实现：

public class BaseDexClassLoader extends ClassLoader {    private final DexPathList pathList;    public BaseDexClassLoader(String dexPath, File optimizedDirectory,            String libraryPath, ClassLoader parent) {        super(parent);        this.pathList = new DexPathList(this, dexPath, libraryPath, optimizedDirectory);    }    ......}

创建了一个DexPathList实例。

继续看DexPathList的构造函数的实现：

public DexPathList(ClassLoader definingContext, String dexPath,            String libraryPath, File optimizedDirectory) {        if (definingContext == null) {            throw new NullPointerException("definingContext == null");        }        if (dexPath == null) {            throw new NullPointerException("dexPath == null");        }        if (optimizedDirectory != null) {            if (!optimizedDirectory.exists())  {                throw new IllegalArgumentException(                        "optimizedDirectory doesn't exist: "                        + optimizedDirectory);            }            if (!(optimizedDirectory.canRead()                            && optimizedDirectory.canWrite())) {                throw new IllegalArgumentException(                        "optimizedDirectory not readable/writable: "                        + optimizedDirectory);            }        }        this.definingContext = definingContext;        ArrayList<IOException> suppressedExceptions = new ArrayList<IOException>();        this.dexElements = makeDexElements(splitDexPath(dexPath), optimizedDirectory,                                           suppressedExceptions);        if (suppressedExceptions.size() > 0) {            this.dexElementsSuppressedExceptions =                suppressedExceptions.toArray(new IOException[suppressedExceptions.size()]);        } else {            dexElementsSuppressedExceptions = null;        }        this.nativeLibraryDirectories = splitLibraryPath(libraryPath);    }

先进行了一些验证，然后调用了makeDexElements函数。

    private static Element[] makeDexElements(ArrayList<File> files, File optimizedDirectory,                                             ArrayList<IOException> suppressedExceptions) {        ArrayList<Element> elements = new ArrayList<Element>();        /*         * Open all files and load the (direct or contained) dex files up front.         */        for (File file : files) {            File zip = null;            DexFile dex = null;            String name = file.getName();            if (file.isDirectory()) {                // We support directories for looking up resources.                // This is only useful for running libcore tests.                elements.add(new Element(file, true, null, null));            } else if (file.isFile()){                if (name.endsWith(DEX_SUFFIX)) {                    // Raw dex file (not inside a zip/jar).                    try {                        dex = loadDexFile(file, optimizedDirectory);                    } catch (IOException ex) {                        System.logE("Unable to load dex file: " + file, ex);                    }                } else {                    zip = file;                    try {                        dex = loadDexFile(file, optimizedDirectory);                    } catch (IOException suppressed) {                        suppressedExceptions.add(suppressed);                    }                }            } else {                System.logW("ClassLoader referenced unknown path: " + file);            }            if ((zip != null) || (dex != null)) {                elements.add(new Element(file, false, zip, dex));            }        }        return elements.toArray(new Element[elements.size()]);    }

这段代码是为了生成一个元素为dex或resource的数组，如果传入参数是一个目录则直接new Element(file, true, null, null)添加到数组里面；
如果传入参数是一个文件，如.dex、.zip、.jar或.apk，会先执行loadDexFile再new Element(file, false, zip, dex)添加到数组中。
其中，不是直接给出.dex文件的情况下，会将file赋值给zip。

看下loadDexFile做了什么：

    private static DexFile loadDexFile(File file, File optimizedDirectory)            throws IOException {        if (optimizedDirectory == null) {            return new DexFile(file);        } else {            String optimizedPath = optimizedPathFor(file, optimizedDirectory);            return DexFile.loadDex(file.getPath(), optimizedPath, 0);        }    }

终于看到optimizedDirectory带来的差异了。
如果optimizedDirectory为null，也即PathClassLoader的情况，程序会直接调DexFile的构造函数创建一个DexFile对象；
而DexClassLoader则先去调了一个optimizedPathFor，再去调DexFile的loadDex方法。

看下这个里面做了什么：

    private static String optimizedPathFor(File path,            File optimizedDirectory) {        String fileName = path.getName();        if (!fileName.endsWith(DEX_SUFFIX)) {            int lastDot = fileName.lastIndexOf(".");            if (lastDot < 0) {                fileName += DEX_SUFFIX;            } else {                StringBuilder sb = new StringBuilder(lastDot + 4);                sb.append(fileName, 0, lastDot);                sb.append(DEX_SUFFIX);                fileName = sb.toString();            }        }        File result = new File(optimizedDirectory, fileName);        return result.getPath();    }

解析path中dex的文件名，在optimizedDirectory位置新建了一个文件，返回文件路径。

    static public DexFile loadDex(String sourcePathName, String outputPathName,        int flags) throws IOException {        return new DexFile(sourcePathName, outputPathName, flags);    }

调用DexFile的另一个构造函数，返回DexFile对象。

看下这两个构造函数的区别：

    public DexFile(String fileName) throws IOException {        mCookie = openDexFile(fileName, null, 0);        mFileName = fileName;        guard.open("close");    }    private DexFile(String sourceName, String outputName, int flags) throws IOException {        if (outputName != null) {            try {                String parent = new File(outputName).getParent();                if (Libcore.os.getuid() != Libcore.os.stat(parent).st_uid) {                    throw new IllegalArgumentException("Optimized data directory " + parent                            + " is not owned by the current user. Shared storage cannot protect"                            + " your application from code injection attacks.");                }            } catch (ErrnoException ignored) {                // assume we'll fail with a more contextual error later            }        }        mCookie = openDexFile(sourceName, outputName, flags);        mFileName = sourceName;        guard.open("close");    }

如果是DexClassLoader，会先检查输出路径outputName父目录的所有者。但是无论是哪种ClassLoader，最终都会调用openDexFile。

看下openDexFile的实现：

    private static long openDexFile(String sourceName, String outputName, int flags) throws IOException {        return openDexFileNative(new File(sourceName).getAbsolutePath(),                                 (outputName == null) ? null : new File(outputName).getAbsolutePath(),                                 flags);    }

而openDexFile会直接返回openDexFileNative，而openDexFile是一个native函数，后面再继续分析。

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