Android中ClassLoader概述及热更新原理概述

Android中的重点ClassLoader包括以下几类:

  1. BootClassLoader:系统启动时会使用BootClassLoader来预加载常用类,在程序中无法直接调用

  2. DexClassLoader:可以加载dex文件,以及包含dex的压缩文件(apk和jar文件),不管加载哪种文件,最终都要加载dex文件。可以从SD卡中安装未安装的apk

    public class DexClassLoader extends BaseDexClassLoader {
             //dexPath:dex相关的路径集合,多个路径用文件分割符“:”分隔
             //optimizedDirectory解压dex文件存储路径,这个路径必须时一个内部存储路径,一般情况下,使用当前应用程序的私有路径:/data/data/<Package Name>/...
             //librarySearchPath:包含c/C++库的路径结合多个路径用文件分割符“:”分隔,可以为null
             //parent:父加载器
           public DexClassLoader(String dexPath, String optimizedDirectory,
                   String librarySearchPath, ClassLoader parent) {
               super(dexPath, null, librarySearchPath, parent);
           }
       }
    

    DexClassLoader继承自BaseDexClassLoader,方法都在BaseDexClassLoader中实现

  3. PathClassLoader:Android系统使用PathClassLoader来加载系统类和应用程序的类。

       public class PathClassLoader extends BaseDexClassLoader {
           public PathClassLoader(String dexPath, ClassLoader parent) {
               super(dexPath, null, null, parent);
           }
             //dexPath:dex相关的路径集合,多个路径用文件分割符“:”分隔
             //librarySearchPath:包含c/C++库的路径结合多个路径用文件分割符“:”分隔,可以为null
             //parent:父加载器
           public PathClassLoader(String dexPath, String librarySearchPath, ClassLoader parent) {
               super(dexPath, null, librarySearchPath, parent);
           }
       }
    

    PathClassLoader继承自BaseDexClassLoader,方法都在BaseDexClassLoader中实现。在PathClassLoader中没有optimizedDirectory,这是因为已经默认设置了optimizedDirectory的值为data/dalvik-cache,所以PathClassLoader无法定义解压dex文件存储路径,因此PathClassLoader通常用来加载已经安装的apk的dex文件(安装的apk的文件会存储在/data/dalvik-cache中)

  4. InMemoryDexClassLoader:Android8.0新增的类加载器,用于加载内存中的dex

  5. BaseDexClassLoader:其他classLoader都继承自BaseDexClassLoader,并且它们的构造都调用了父类的构造,那么看一下它的构造:

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

    在这里初始化了DexPathList,并传入了dexPath,看一下代码:

         DexPathList(ClassLoader definingContext, String dexPath,
               // private Element[] dexElements
               this.dexElements = makeDexElements(splitDexPath(dexPath), optimizedDirectory,
                                                  suppressedExceptions, definingContext, isTrusted);
    
           }
    

    在这里又初始化了一个Element[],这一步其实就是将所有的dex文件存储到Element[]中。

    所以,Android中ClassLoader构造完成后同时构造了一个Element数组,它里面存储了所有的DexFile。

类加载过程:

类加载遵循双亲委托模式,加载时首先判断该class是否已加载,如果没有,则委托父类加载器进行查找,这样依次递归,直到委托到顶层的BootClassLoader,如果BootClassLoader找到了该class,就直接返回,如果找 不到,则依次向下查找,如果还没找到,最后会交由自身查找。

类加载器通过loadClass()方法来加载类,这个方法在ClassLoader中实现,看一下它的loadClass():

    protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
        throws ClassNotFoundException
    {
            //先去获取类是否已加载
            Class<?> c = findLoadedClass(name);
            if (c == null) {
                    //如果还没加载
                try {
                    if (parent != null) {
                    //如果父加载器不为null,则代表当前不是最顶层的ClassLoader,则向上传递,让父类去加载
                        c = parent.loadClass(name, false);
                    } else {
                    //如果父加载器为null,则代表已到顶层ClassLoader,直接去加载
                        c = findBootstrapClassOrNull(name);
                    }
                } catch (ClassNotFoundException e) {
                    // ClassNotFoundException thrown if class not found
                    // from the non-null parent class loader
                }
                                //如果父类没加载到,那么自身去加载
                if (c == null) {
                    c = findClass(name);
                }
            }
            return c;
    }

可以看到,如果是自定义classLoader的话,那么最后调用的是findClass()去加载类,DexClassLoader和PathClassLoader都继承自BaseDexClassLoader,findClass()也是在BaseDexClassLoader中实现,看一下它的实现:

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

           return c;
       }

之前总结过,pathList是一个DexPathList,那么看一下它的findCLass():

       @Override
       public Class<?> findClass(String name, List<Throwable> suppressed) {
            //遍历Element,每一个element里有一个DexFile
           for (Element element : dexElements) {
           //从dex中查找class
               Class<?> clazz = element.findClass(name, definingContext, suppressed);
               if (clazz != null) {
               //如果找到,则直接返回
                   return clazz;
               }
           }
           return null;
       }
        
        //element的findClass()     
            public Class<?> findClass(String name, ClassLoader definingContext,
                   List<Throwable> suppressed) {
            //这里最终会调用DexFile中的native方法去加载一个class
               return dexFile != null ? dexFile.loadClassBinaryName(name, definingContext, suppressed)
                       : null;
           }
      

可以看到,最终是通过遍历Element数组,每一个element内部有一个DexFile,通过这个DexFile去加载返回class。如果返回的class不为null,则直接返回。

总结:

  • ClassLoader构造后就自动构造了DexPathList,同时在DexPathList的构造中又构造了一个Element数组,里面存储了所有DexFile。

  • 加载一个类时会遍历Element数组,得到每一个DexFile,通过DexFile会加载类,如果找到则直接返回,也就是说找到后不再去遍历后面的dex

  • 自定义ClassLoader时一般使用PathClassLoader,PathClassLoader中默认了dex文件解压目录,无法自定义。PathClassLoader在Zygote启动SystemServer时创建。

  • 自定义ClassLoader需要重写findClass()去加载自己需要加载的类。

Android中热修复原理:

  1. 类加载方案:加载Class最终是通过遍历Element得到每一个DexFile,然后DexFile再去加载类,找到后直接返回,不再继续寻找。那么假如要修改一个出错的类A,在修改错误后,把新的类A打包成dex,然后通过反射的方式把这个dex放到Element数组的第一个位置,那么再次加载时,遍历到第一个dex时就会找到修改后的A类,不会再去往后找错误的类A,达成修复的目的。这个方案的缺点是必须重启App才有效,因为类一旦被加载是无法被卸载的,如果不重启,那么会通过findLoadedClass得到已加载的错误的class。
  2. 底层替换方案:在native层修改,比如替换掉整个方法体
  3. So的修复
    • 将so补丁插入到NativeLibraryElement数组的前部,让so补丁的路径先被返回和加载
    • 调用System的load()来接管so的加载入口
  4. 资源修复
    • 创建新的AssetManager,通过反射调用addAssetPath方法加载外部资源,这样新创建的AssetManager就含有了外部资源
    • 将AssetManager类型的mAssets字段引用全部替换为新建的AssetManager
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