安卓类加载机制

一、ClassLoader介绍

任何一个 Java 程序都是由一个或多个 class 文件组成，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。每个 Class 对象的内部都有一个 classLoader 字段来标识自己是由哪个 ClassLoader 加载的。

BootClassLoader
用于加载Android Framework层class文件。
class Class<T> {
...
private transient ClassLoader classLoader;
...
}

ClassLoader是一个抽象类，而它的具体实现类主要有：
在这里插入图片描述

BootClassLoader
用于加载Android Framework层class文件。
PathClassLoader
用于Android应用程序类加载器。可以加载指定的dex，以及jar、zip、apk中的classes.dex
DexClassLoader
用于加载指定的dex，以及jar、zip、apk中的classes.dex

很多博客里说PathClassLoader只能加载已安装的apk的dex，其实这说的应该是在dalvik虚拟机上。但现在一般不用关心dalvik了。

示例

Log.e(TAG, "Activity.class 由：" + Activity.class.getClassLoader() +" 加载");
Log.e(TAG, "MainActivity.class 由：" + getClassLoader() +" 加载");

输出：

com.MyStudy.HomeScreen E Activity.class 由：java.lang.BootClassLoader@d7628d5 加载
com.MyStudy.HomeScreen E MainActivity.class 由：dalvik.system.PathClassLoader[DexPathList[[zip file “/data/app/com.MyStudy.HomeScreen-GRRgDXx9OKqZObuWM0RBgg==/base.apk”],nativeLibraryDirectories=[/data/app/com.MyStudy.HomeScreen-GRRgDXx9OKqZObuWM0RBgg==/lib/x86, /system/lib, /system/product/lib]]] 加载

它们之间的关系如下：

在这里插入图片描述

PathClassLoader 与 DexClassLoader 的共同父类是 BaseDexClassLoader 。

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

可以看到两者唯一的区别在于：创建 DexClassLoader 需要传递一个 optimizedDirectory 参数，并且会将其创建为 File 对象传给 super ，而 PathClassLoader 则直接给到null。因此两者都可以加载指定的dex，以及jar、zip、apk中的classes.dex

PathClassLoader pathClassLoader = new PathClassLoader("/sdcard/xx.dex", getClassLoader());
File dexOutputDir = context.getCodeCacheDir();
DexClassLoader dexClassLoader = new DexClassLoader("/sdcard/xx.dex",dexOutputDir.getAbsolutePath(),null,getClassLoader());

其实, optimizedDirectory 参数就是dexopt的产出目录(odex)。那 PathClassLoader 创建时，这个目录为null，就意味着不进行dexopt？并不是， optimizedDirectory 为null时的默认路径为：/data/dalvik-cache。

在API 26源码中，将DexClassLoader的optimizedDirectory标记为了 deprecated 弃用，实现也变为了：

public DexClassLoader(String dexPath, String optimizedDirectory,String librarySearchPath, ClassLoader parent) {
super(dexPath, null, librarySearchPath, parent);
}
......和PathClassLoader一模一样了！

二、双亲委托机制

可以看到创建 ClassLoader 需要接收一个 ClassLoader parent 参数。这个 parent 的目的就在于实现类加载的双亲委托。即：

某个类加载器在接到加载类的请求时，首先将加载任务委托给父类加载器，依次递归，如果父类加载器可以完成类加载任务，就成功返回；只有父类加载器无法完成此加载任务时，才自己去加载。

优点:

1、避免重复加载，当父加载器已经加载了该类的时候，就没有必要子ClassLoader再加载一次。
2、安全性考虑，防止核心API库被随意篡改。

  protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException {synchronized(this.getClassLoadingLock(name)) {// 检查class是否有被加载Class<?> c = this.findLoadedClass(name);if (c == null) {long t0 = System.nanoTime();try {if (this.parent != null) {//如果parent不为null，则调用parent的loadClass进行加载c = this.parent.loadClass(name, false);} else {//parent为null，则调用BootClassLoader进行加载c = findBootstrapClassOrNull(name);}} catch (ClassNotFoundException var10) {}if (c == null) {// 如果都找不到就自己查找long t1 = System.nanoTime();c = this.findClass(name);PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);PerfCounter.getFindClasses().increment();}}if (resolve) {this.resolveClass(c);}return c;}}

1、首先调用findLoadedClass检查传入的类是否已经被加载，如果已经加载那么就直接返回。
2、如果第一步中类没有被加载（c == null），那么就会判断parent是否等于null，也就是判断父加载器是否存在，如果父加载器存在，就调用父加载器的loadClass方法。
3、如果父加载器不存在就会调用findBootstrapClassOrNull，这个方法会直接返回null。
4、如果到了第4步依然c == null，那么表示在向上委托的过程中，没有加载该类，会调用findClass继续向下进行查找。

三、类的加载过程

可以看到在所有父ClassLoader无法加载Class时，则会调用自己的findClass()方法。其实任何ClassLoader子类，都可以重写loadClass()与findClass() 。一般如果你不想使用双亲委托，则重写loadClass()修改其实现。而重写findClass()则表示在双亲委托下，父ClassLoader都找不到Class的情况下，定义自己如何去查找一个Class。如果没有重写的话，那findClass()是在BaseDexClassLoader中实现的。我们来看一下findClass()中的实现逻辑。
BaseDexClassLoader.java

    public BaseDexClassLoader(String dexPath, File optimizedDirectory, String librarySearchPath, ClassLoader parent) {super(parent);this.pathList = new DexPathList(this, dexPath, librarySearchPath, optimizedDirectory);}@Overrideprotected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {List<Throwable> suppressedExceptions = new ArrayList<Throwable>();//查找指定的classClass 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;}

这里省略了部分代码，可以看到调用了pathList的findClass()方法，pathList就是DexPathList对象，在BaseDexClassLoader初始化的时候被创建。接下来进入DexPathList。

public DexPathList(ClassLoader definingContext, String dexPath, String librarySearchPath, File optimizedDirectory) {
//.........
// splitDexPath 实现为返回 List<File>.add(dexPath)
// makeDexElements 会去 List<File>.add(dexPath) 中使用DexFile加载dex文件返回 Element数组
this.dexElements = makeDexElements(splitDexPath(dexPath), optimizedDirectory,
suppressedExceptions, definingContext);
//.........
}

可以看到DexPathList在创建的时候调用了makeDexElements()方法来创建出了dexElements数组，在makeDexElements之前我们先来看一下splitDexPath()方法，在这个方法中将dexPath目录下的所有程序文件转变成一个File集合，而且dexPath是一个用冒号作为分隔符把多个程序文件目录拼接起来的字符串，如 /data/dexdir1:/data/dexdir2:…。makePathElements方法核心作用就是将指定路径中的所有文件转化成DexFile同时存储到到Element[]这个数组中。接下来进入DexPathList的findClass()方法中。

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

在findClass()方法中会通过for循环不断的遍历dexElement数组，拿到element，然后调用element的findClass()，Element是DexPathList的内部类，dexElements是维护dex文件的数组，每一个Element对应一个dex文件。DexPathList遍历dexElements，从每一个dex文件中查找目标类，在找到后即返回并停止遍历。继续往下看，进入element的findClass()方法。

        public Class<?> findClass(String name, ClassLoader definingContext,List<Throwable> suppressed) {return dexFile != null ? dexFile.loadClassBinaryName(name, definingContext, suppressed): null;}