Android类加载机制

Android手写热修复（一）--ClassLoader

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我们平时编写的 .java 文件不是可执行文件，需要先编译成 .class 文件才可以被虚拟机执行。所谓类加载是指通过 类加载器 把class文件加载到虚拟机的内存空间，具体来说是方法区。类通常是按需加载，即第一次使用该类时才加载。

首先，Java与Android都是把类加载到虚拟机内存中，然后由虚拟机转换成设备识别的机器码。但是由于二者使用的虚拟机不同，所以在类加载方面也是有所区别的。Java的虚拟机是JVM，Android的虚拟机是dalvik／art(5.0以后虚拟机是art，是对dalvik的一种升级)。 Java虚拟机运行的是class文件，而Android 虚拟机运行的是dex文件。 dex其实是class文件的集合，是对class文件优化的产物，是为了避免出现重复的class。

从上面的讲解中，我们已经知道我们平时写的类是被 类加载器 加载尽虚拟机内存才能运行。下面就通过Framework源码来为大家讲解Android中最主要的5个类加载器。

在Activity做个简单验证：

结果：

可以看出系统类由BootClassLoader加载，apk中的类由PathClassLoader加载，PathClassLoader的父类加载器是BootClassLoader。如果暂时不能理解父类加载器是什么，没关系，后面讲双亲委托机制的时候会理解的。

下面的源码解析基于 Android SDK API28 ，这几个类加载器（除了ClassLoader）没办法直接在AS上查看源码，AS搜索到的是反编译的class的内容，是不可信的，为大家推荐一个在线工具查看， 在线查看Android Framework源码 。

用来加载本地文件系统上的文件或目录，通常是用来加载apk中我们自己写的类，而像 Activity.class 这种系统的类不是由它加载。注意：这里，并不像很多网上文章说的那样只能加载apk，本地的其他目录的文件也是可以的，这一点我会在后面验证说明。

也是被用来加载 jar 、apk、dex，通常用来加载未安装到应用中的文件。注意，它需要一个应用私有的可写的目录来存放优化后的dex文件。千万不要选择外部存储路径，因为这样可能会导致你的应用遭到注入攻击。

关于dex文件优化，可能很多人还是不理解，水平有限，我简单解释一下，

构造器参数解释：

关于optimizedDirectory：

1、这是dex优化后的路径，它必须是一个应用私有的可写的目录否则会存在注入攻击的风险；

2、这个参数在API 26（8.0）之前是有值的，之后的话，这个参数已经没有影响了，因为在调用父构造器的时候这个参数始终为null，也就是说Android 8.0 以后DexClassLoader和PathClassLoader基本一样的来；

3、在加载app的时候，apk内部的dex已经执行过优化了，优化之后放在系统目录/data/dalvik-cache下。

这个构造器的关键是初始化了一个DexPathList对象，这个是后面加载class的关键类。

这个构造方法等关键是通过 makeDexElements() 方法来获取Element数组，这个Element数组非常关键，后面查找class就会用到它，也是热修复的关键点之一。

splitDexPath(dexPath) 方法是把dexPath目录下的所有文件转换成一个File集合，如果是多个文件的话，会用 : 作为分隔符。

makeDexElements()

小结一下，这个方法就是把指定目录下的文件apk／jar／zip／dex按不同的方式封装成Element对象，然后按顺序添加到Element[]数组中。

DexPathList#loadDexFile()

可以看到 DexFile 最终是调用了openDexFile、native方法openDexFileNative去打开Dex文件的，如果outputName为空，则自动生成一个缓存目录，具体来说是 /data/dalvik-cache/xxx@classes.dex 。openDexFileNative这个native方法就不具体分析了，主要是对dex文件进行了优化操作，将优化后得odex文件通过mmap映射到内存中。感兴趣的同学可以参考：

《DexClassLoader和PathClassLoader加载Dex流程》

现在在回头看看DexClassLoader与PathClassLoader的区别。DexClassLoader可以指定odex的路径，而PathClassLoader则采用系统默认的缓存路径，在8.0以后没有区别。

ClassLoader是一个抽象类，有3个构造方法，最终调用的还是第一个构造方法，主要功能是保存实现类传入的parent参数，也就是父类加载器。ClassLoader的实现类主要有2个，一个是前面讲过的BaseDexClassLoader，另一个是BootClassLoader。

BootClassLoader是ClassLoader的内部类，而且继承了ClassLoader。

这是加载一个类的入口，流程如下：

1、 先检查这个类是否已经被加载，有的话直接返回Class对象；

2、如果没有加载过，通过父类加载器去加载，可以看出parent是通过递归的方式去加载class的；

3、如果所有的父类加载器都没有加载过，就由当前的类加载器去加载。

通常我们自己写的类是通过当前类加载器调用 findClass 方法去加载的，但是在 ClassLoader 中这是个空方法，具体的实现在它的子类 BaseDexClassLoader 中。

BaseDexClassLoader # findClass

可以看到是通过pathList去查找class的，这个对象其实之前讲过，它是在BaseDexClassLoader 的构造方法中初始化的，它实际上是一个 DexPathList 对象。

DexPathList # findClass()

对Element数组遍历，再通过Element对象的 findClass 方法去查找class，有的话就直接返回这个class，找不到则返回null。 这里可以看出获取Class是通过DexFile来实现的，而各种类加载器操作的是Dex。Android虚拟机加载的dex文件，而不是class文件。

1、加载一个类是通过双亲委托机制来实现的。

2、如果是第一次加载class，那是通过 BaseDexClassLoader 中的findClass方法实现的；接着进入 DexPathList 中的findClass方法，内部通过遍历Element数组，从Element对象中去查找类；Element实际上是对Dex文件的包装，最终还是从dexfile去查找的class。

3、一般app运行主要用到2个类加载器，一个是PathClassLoader：主要用于加载自己写的类；另一个是BootClassLoader：用于加载Framework中的类；

4、热修复和插件化一般是利用DexClassLoader来实现。

5、PathClassLoader和DexClassLoader其实都可以加载apk／jar／dex，区别是 DexClassLoader 可以指定 optimizedDirectory ，也就是 dex2oat 的产物 .odex 存放的位置，而 PathClassLoader 只能使用系统默认位置。但是在8.0 以后二者是没有区别的，只能使用系统默认的位置了。

这张图来源于：

Android虚拟机框架：类加载机制

在类加载流程分析中，我们已经知道，查找class是通过DexPathList来完成的，实际上DexPathList最终还是遍历其Element数组，获取DexFile对象来加载Class文件。 由于数组是有序的，如果2个dex文件中存在相同类名的class，那么类加载器就只会加载数组前面的dex中的class。如果apk中出现了有bug的class，那只要把修复的class打包成dex文件并且放在 DexPathList 中Element数组`的前面，就可以实现bug修复了 。下一篇为大家带来的手写热修复。

Android类加载机制的细枝末节

从JVM到Dalivk再到ART（class,dex,odex,vdex,ELF）

类加载机制系列2——深入理解Android中的类加载器

Android 热修复核心原理，ClassLoader类加载

android手机厂商为什么不允许热修复

因为对手机伤害大。android手机热修复不能百分百用户修复成功，手机影响极大而且手机很容易出现bug，所以手机厂商不允许热修复。

Sophix及热修复原理介绍

深入探索Android热修复技术原理这本书主要讲解了Android的热修复中的热部署，冷部署以及资源和so库的修复技巧。全文主要讲Sophix应对以上四个方面的技术解析，不管是自家产品还是业界其他方案的横纵对比，Sophix技术目前都是最优的。

在事件分发流中，通过Hook钩子在事件传送到终点前截获并监控事件的传输，从而处理一些特定干预事件。

Sophix同时使用了热启动的底层替换方案及冷启动的类加载方案，两个方案使用的补丁是相同的。优先热启动。

基本参考InstantRun的实现：构造一个包含所有新资源的新的AssetManager。并在所有之前引用到原来的AssetManager通过反射替换掉。

Sophix不修改AssetManager的引用，构造的补丁包中只包含有新增或有修改变动的资源，在原AssetManager中addAssetPath这个包就可以了。资源包不需要在运行时合成完整包。

本质是对native方法的修复和替换。类似类修复反射注入方式，将补丁so库的路径插入到nativeLibraryDirectories数据最前面。

AndroidMultidex热修复CLASS_ISPREVERIFIED问题解决方案

注意:在5.0之前会有这个问题，5.0之后没有了

我们进行插桩的时机，便是上图中javac之后，dx之前。 另外，任何一个Task，都有input元素和output元素，以及可以设置doFirst闭包，表示执行任务之前先执行一段逻辑，设置doLast，表示执行任务执行之后再执行一段逻辑。

我们的思路是 在java变成class之后，在class变成 dex之前，将class进行ASM插桩。所以，我们要找的 gradle task 是 ： transformClassesWithDexBuilderForRelease 或者 transformClassesWithDexBuilderForDebug 给它重写doFirst。 也可以 找到 gradle task ： compileReleaseJavaWithJavac 或者 compileDebugJavaWithJavac. 给它重写 doLast。效果相同。

jar文件的插桩:

Android ClassLoader(热修复流程)

本文是在Android8.1.0上进行的源码分析,首先明确几个classloader的定义。

dexFile相当于一个classes.dex，而每一个dexFile也是一个Element,热修复的补丁包一定要插到classes.dex中的最前面的一个dex开始查找，因为dexFile是从classes.dex classes2.dex依次向后进行查找的.前面如果找到就不会找后面的类了。

反射工具类：

热修复：

成功使用：

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