“ClassLoader,类加载机制解析”


ClassLoader简介

任何一个 Java 程序都是由若干个 class 文件组成的一个完整的 Java 程序,在程序运行时,需要将 class 文件加载到 JVM 中才可以使用,负责加载这些 class 文件的就是 Java 的类加载(ClassLoader)机制。 ClassLoader 的作用简单来说就是加载 class 文件,提供给程序运行时使用。

双亲委派模型

ClassLoader通过传入父ClassLoader构造

当前的 ClassLoader在加载Class的时候 先判断该类是否被加载过,加载过直接返回,如果没有加载交给父ClassLoader处理。 父ClassLoader也先判断是否加载过,加载过直接返回,没加载过交给祖父ClassLoader处理 依次往上。 如果都没有加载过。祖父ClassLoader尝试从其对应的类路径下寻找 class 字节码文件并载入。如果载入成功,则直接返回 Class,载入失败交给父ClassLoader处理。 父ClassLoader尝试从其对应的类路径下寻找 class 字节码文件并载入。如果载入成功,则直接返回 Class,载入失败交给”当前”ClassLoader处理。

JVM中的ClassLoader

BootstrapClassLoader - 负责加载系统类
负责来加载$JAVA_HOME/jre/lib下rt.jar,bootstrap classloader会负责加载java的关键类(java.lang包和其他的运行时类)到内存中。Bootstrap classloader是JVM中的实现
ExtClassLoader - 负责加载扩展类
加载lib/ext文件夹下的jar包
AppClassLoader - 负责加载应用类
用来加载ClassPath目录下的jar包和Class文件。

    A a = new A();
    System.out.println(a.getClass().getClassLoader());
    System.out.println(a.getClass().getClassLoader().getParent());
    System.out.println(a.getClass().getClassLoader().getParent().getParent());

sun.misc.Launcher$AppClassLoader@18b4aac2
sun.misc.Launcher$ExtClassLoader@1540e19d
null

Android中的ClassLoader Dalvik/ART

    Log.e("1"," "+MainActivity.class.getClassLoader());
    Log.e("parent1"," "+MainActivity.class.getClassLoader().getParent());
    Log.e("parent2"," "+MainActivity.class.getClassLoader().getParent().getParent());

12-15 05:19:49.501 1870-1870/com.sankuai.moviepro.activitylife E/1: dalvik.system.PathClassLoader
12-15 05:19:49.501 1870-1870/com.sankuai.moviepro.activitylife E/parent1: java.lang.BootClassLoader@471b430
12-15 05:19:49.501 1870-1870/com.sankuai.moviepro.activitylife E/parent2: null

PathClassLoader和DexClassLoader

PathClassLoader 和 DexClassLoader 继承自BaseDexClassLoader
PathClassLoader 在应用启动时创建,从 data/app/… 安装目录下加载 apk 文件。
在 Android 中,App 安装到手机后,apk 里面的 class.dex 中的 class 均是通过 PathClassLoader 来加载的。
BootClassLoader 是 PathClassLoader 的父加载器,其在系统启动时创建,在 App 启动时会将该对象传进来
和java虚拟机中不同的是BootClassLoader是ClassLoader内部类,由java代码实现而不是c++实现,是Android平台上所有ClassLoader的最终parent,这个内部类是包内可见,所以我们没法使用。

对比PathClassLoader只能加载已经安装应用的dex或apk文件,DexClassLoader则没有此限制,可以从SD卡上加载包含class.dex的.jar和.apk 文件,这也是插件化和热修复的基础,在不需要安装应用的情况下,完成需要使用的dex的加载

    //PathClassLoader.java
    public class PathClassLoader extends BaseDexClassLoader {

    37    public PathClassLoader(String dexPath, ClassLoader parent) {
    38        super(dexPath, null, null, parent);
    39    }
    40
    41    /**
    42     * Creates a {@code PathClassLoader} that operates on two given
    43     * lists of files and directories. The entries of the first list
    44     * should be one of the following:
    45     *
    46     * <ul>
    47     * <li>JAR/ZIP/APK files, possibly containing a "classes.dex" file as
    48     * well as arbitrary resources.
    49     * <li>Raw ".dex" files (not inside a zip file).
    50     * </ul>
    51     *
    52     * The entries of the second list should be directories containing
    53     * native library files.
    54     *
    55     * @param dexPath the list of jar/apk files containing classes and
    56     * resources, delimited by {@code File.pathSeparator}, which
    57     * defaults to {@code ":"} on Android
    58     * @param libraryPath the list of directories containing native
    59     * libraries, delimited by {@code File.pathSeparator}; may be
    60     * {@code null}
    61     * @param parent the parent class loader
    62     */
    63    public PathClassLoader(String dexPath, String libraryPath,
    64            ClassLoader parent) {
    65        super(dexPath, null, libraryPath, parent);
    66    }
    67}

dexPath : 包含 dex 的 jar 文件或 apk 文件的路径集,多个以文件分隔符分隔,默认是“:”
libraryPath : 包含 C/C++ 库的路径集,多个同样以文件分隔符分隔,可以为空

      //DexClassLoader.java
     public class DexClassLoader extends BaseDexClassLoader {
     37    /**
     38     * Creates a {@code DexClassLoader} that finds interpreted and native
     39     * code.  Interpreted classes are found in a set of DEX files contained
     40     * in Jar or APK files.
     41     *
     48     * @param optimizedDirectory directory where optimized dex files
     49     *     should be written; must not be {@code null}
     54     */
     55    public DexClassLoader(String dexPath, String optimizedDirectory,
     56            String libraryPath, ClassLoader parent) {
     57        super(dexPath, new File(optimizedDirectory), libraryPath, parent);
     58    }
     59}

      //BaseDexClassLoader.java
     public class BaseDexClassLoader extends ClassLoader {
     30    private final DexPathList pathList;
     31
     45    public BaseDexClassLoader(String dexPath, File optimizedDirectory,
     46            String libraryPath, ClassLoader parent) {
     47        super(parent);
     48        this.pathList = new DexPathList(this, dexPath, libraryPath, optimizedDirectory);
     49    }
     50
     51    @Override
     52    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
     53        List<Throwable> suppressedExceptions = new ArrayList<Throwable>();
     54        Class c = pathList.findClass(name, suppressedExceptions);
     55        if (c == null) {
     56            ClassNotFoundException cnfe = new ClassNotFoundException("Didn't find class \"" + name + "\" on path: " + pathList);
     57            for (Throwable t : suppressedExceptions) {
     58                cnfe.addSuppressed(t);
     59            }
     60            throw cnfe;
     61        }
     62        return c;
     63    }
       }

           //DexPathList.java
           public Class findClass(String name, List<Throwable> suppressed) {
       317        for (Element element : dexElements) {
       318            DexFile dex = element.dexFile;
       319
       320            if (dex != null) {
       321                Class clazz = dex.loadClassBinaryName(name, definingContext, suppressed);
       322                if (clazz != null) {
       323                    return clazz;
       324                }
       325            }
       326        }
       327        if (dexElementsSuppressedExceptions != null) {
       328            suppressed.addAll(Arrays.asList(dexElementsSuppressedExceptions));
       329        }
       330        return null;
       331    }

DexClassLoader与PathClassLoader都是只有构造方法,唯一不同的是DexClassLoader 多一个参数optimized Directory优化路径,缓存优化后的缓存文件

DexClassLoader加载Demo

1.创建Project 建立Android Module

包含两个文件ISay.java 和 SayHello.java

package com.sankuai.moviepro.mylibrary;

    import android.content.Context;

    /**
     * Created by zhangtao21 on 2017/12/15.
     */

    public interface ISay {
        void say(Context context);
    }

    package com.sankuai.moviepro.mylibrary;

    import android.content.Context;
    import android.widget.Toast;

    /**
     * Created by zhangtao21 on 2017/12/15.
     */

    public class SayHello implements ISay{
        @Override
        public void say(Context context) {
            Toast.makeText(context, "Hello", Toast.LENGTH_SHORT).show();
        }
    }

2.导出jar

gradle 配置Task

    task makeJar(type: Copy) {
        delete 'build/libs/mysdk.jar'
        from('build/intermediates/bundles/release/')
        into('build/libs/')
        include('classes.jar')
        rename ('classes.jar', 'mysdk.jar')
    }

    makeJar.dependsOn(build)

运行 ./gradlew makeJar

s

3.将jar转换成包含 dex 的jar

使用android sdk 目录下build-tools/任意版本/dx 工具

s

dx –dex –output=mysdk_dex.jar mysdk.jar

output = 生成的jar文件名 需要转换的jar

看到生成的jar包中已经包含了dex文件

s

4.导入手机存储空间目录

使用Android device Monitor 向模拟器导入jar包,路径可以自选 只要你能读取的到

我这里选用的是 Environment.getExternalStorageDirectory().getPath() 的路径下: /storage/emulated/0

s

5.使用DexClassLoader

使用ISay 接口 需要现在项目中添加相同的接口类(类名包名需要相同)

s

public class MainActivity extends AppCompatActivity {

@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
    super.onCreate(savedInstanceState);
    setContentView(R.layout.activity_main); //        Log.e("path", ""+Environment.getExternalStorageDirectory().getPath());

    findViewById(R.id.btn).setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
        @Override
        public void onClick(View v) {
            final File jarFile =
                    new File(Environment.getExternalStorageDirectory().getPath() + File.separator + "mysdk_dex.jar");
            if(!jarFile.canRead()){
                // 如果没有读权限,确定你在 AndroidManifest 中是否声明了读写权限
                Log.d("tag", jarFile.canRead() + "");
                return;
            }
            if (!jarFile.exists()) {
                Log.e("tag", "mysdk_dex.jar not exists");
                return;
            }

            DexClassLoader dexClassLoader = new DexClassLoader(jarFile.getAbsolutePath(), getExternalCacheDir().getAbsolutePath(), null, getClassLoader());
            // PathClassLoader dexClassLoader = new PathClassLoader(jarFile.getAbsolutePath(), null, getClassLoader());
            try {
                Class clazz = dexClassLoader.loadClass("com.sankuai.moviepro.mylibrary.SayHello");
                ISay say = (ISay) clazz.newInstance();

                Log.e("type", ""+say.getClass().getSimpleName());
                say.say(MainActivity.this);
            }catch (Exception e){
                e.printStackTrace();
            }

        }
    });
    final String[] permissions = {Manifest.permission.WRITE_EXTERNAL_STORAGE};
    findViewById(R.id.per).setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
        @Override
        public void onClick(View v) {
            ActivityCompat.requestPermissions(MainActivity.this, permissions,10);
        }
    });
} }


本作品由 Tony Zhang 创作,采用 CC BY-NC-SA 3.0 许可协议 进行许可。

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