Android的类加载机制

ClassLoader是什么

参考：Java类加载机制

Android中的类加载器的层次结构

BootClassLoader : 主要用于加载系统的类，包括java和android系统的类库
URLClassLoader：只能用于加载jar文件，但是由于 dalvik 不能直接识别jar，所以在 Android 中无法使用这个加载器
BaseDexClassLoader：作为PathClassLoader和DexClassLoader的父类，封装了共用的核心业务逻辑
PathClassLoader : 主要用于加载应用内中的类, 它加载的路径是固定的, 因此无法指定
DexClassLoader : 可以用于加载任意路径的zip,jar或者apk文件, 可以实现动态加载

双亲委派模型

参考：Java类加载机制

ClassLoader loader = getClassLoader();
while (loader!=null){
    System.out.println("LLLLL:"+loader);
    loader = loader.getParent();
}

输入结果：

Android类加载过程

1、生成Element数组dexElements，生成pathList

BaseDexClassLoader的构造方法如下：

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

BaseDexClassLoader中的构造方法包含4个参数，他们分别是：

(1) dexPath : 指目标类所在的APK或jar文件的路径.类装载器将从该路径中寻找指定的目标类,该类必须是APK或jar的全路径.如果要包含多个路径,路径之间必须使用特定的分割符分隔,分隔符为File.pathSeparator(“:”).

(2) optimizedDirectory : 由于dex文件被包含在APK或者Jar文件中,因此在装载目标类之前需要先从APK或Jar文件中解压出dex文件,该参数就是指定解压出的dex文件存放的路径.

(3) libraryPath : 指目标类中所使用的C/C++库存放的路径

(4) parent : 是指该装载器的父装载器

在BaseDexClassLoader中生成DexPathList类的对象pathList,在DexPathList的构造方法中调用DexPathList类中的makePathElements()方法，在makePathElements()方法中会调用splitDexPath()方法，如果dexPath包含多个路径，splitDexPath()方法能够提取出File.pathSeparator分隔的多个路径，并将多个路径放入List中返回，然后makePathElements()方法会调用loadDexFile()方法遍历List中每个包含dex的文件生成DexFile,用生成的DexFile生成Element对象，用这些Element对象构成Element数组dexElements。

DexPathList.java中的loadDexFile()方法源码如下：

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);
    }
}

一个应用程序中所有类加载到内存中，就是在makePathElements执行loadDexFile()方法来实现的。

optimizedDirectory是一个内部存储路径，用来缓存我们需要加载的dex文件的。DexClassLoader可以指定自己的optimizedDirectory，所以它可以加载外部的dex，因为这个dex会被复制到内部路径的optimizedDirectory；而PathClassLoader没有optimizedDirectory，所以它只能加载内部的dex，这些大都是存在系统中已经安装过的apk里面的。

它们的不同之处总结如下是：

DexClassLoader可以加载jar/apk/dex，可以从SD卡中加载未安装的apk；

PathClassLoader只能加载系统中已经安装过的apk，Android中大部分类的加载默认采用此类

2、pathList调用BaseDexClassLoader中的findClass()方法

调用BaseDexClassLoader的findClass()方法，在此方法，pathList调用DexPathList中的findClass()方法，BaseDexClassLoader的findClass()方法如下：

@Override
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {

    List<Throwable> suppressedExceptions = new ArrayList<Throwable>();
    Class c = pathList.findClass(name, suppressedExceptions);
    if (c == null) {
        ClassNotFoundException cnfe = new ClassNotFoundException("Didn't find class \"" + name + "\" on path: " + pathList);
        for (Throwable t : suppressedExceptions) {
            cnfe.addSuppressed(t);
        }
        throw cnfe;
    }
    return c;

}

3、调用DexPathList中的findClass()方法

pathList是DexPathList类型的一个对象，DexPathList中的findClass()方法源码如下：

public Class findClass(String name, List<Throwable> suppressed) {
    for (Element element : dexElements) {
        DexFile dex = element.dexFile;
        if (dex != null) {
            Class clazz = dex.loadClassBinaryName(name, definingContext, suppressed);
            if (clazz != null) {
                return clazz;
            }
        }
    }
    if (dexElementsSuppressedExceptions != null) {
        suppressed.addAll(Arrays.asList(dexElementsSuppressedExceptions));
    }
    return null;
}

DexPathList的findClass()方法，遍历dexElements元素的DexFile实例，也就是遍历所有加载过的dex文件，一个个调用loadClassBinaryName()方法，看能不能找到我们想要的类，如果可以，返回这个类。

DexFile.java中的loadClassBinaryName()方法：

public Class loadClassBinaryName(String name, ClassLoader loader, List<Throwable> suppressed) {
    return defineClass(name, loader, mCookie, suppressed);
}

private static Class defineClass(String name, ClassLoader loader, Object cookie,
List<Throwable> suppressed) {
    Class result = null;
    try {
        result = defineClassNative(name, loader, cookie);
    } catch (NoClassDefFoundError e) {
        if (suppressed != null) {
            suppressed.add(e);
        }
    } catch (ClassNotFoundException e) {
        if (suppressed != null) {
            suppressed.add(e);
        }
    }
    return result;
}

private static native Class defineClassNative(String name, 
    ClassLoader loader, Object cookie) throws ClassNotFoundException, NoClassDefFoundError;

4、返回

将加载的类返回ClassLoader类的loadClass()方法。

应用场景

应用分包（MultiDEX）

解决Android方法数限制问题

详见：Android方法数限制相关问题

热更新

在MultiDex基础上，通过Hook技术和反射技术， dexElements数组头部插入新的DEX文件路径，实现Dex文件的动态替换，从而修复线上BUG。
（这只是热更新的一种方法）

详见：Android热更新技术综述

插件化（热部署）

在MultiDex基础上，通过Hook技术和反射技术， dexElements数组动态插入新的DEX文件路径，实现Dex文件的动态加载，功能的扩展。
（这只是插件化的一种方法）

应用加固

解决壳程序调起原程序的关键。

详见：Android应用加固技术综述

参考资料

http://www.itwendao.com/article/detail/253115.html
http://www.jianshu.com/p/3afa47e9112e
https://segmentfault.com/a/1190000005113493