在上一篇文章我们学习了Java的ClassLoader,很多同学会把Java和Android的ClassLoader搞混,甚至会认为Android中的ClassLoader和Java中的ClassLoader是一样的,这显然是不对的。这一篇文章我们就来学习Android中的ClassLoader,来看看它和Java中的ClassLoader有何不同。
我们知道Java中的ClassLoader可以加载jar文件和Class文件(本质是加载Class文件),这一点在Android中并不适用,因为无论是DVM还是ART它们加载的不再是Class文件,而是dex文件,这就需要重新设计ClassLoader相关类,我们先来学习ClassLoader的类型。
Android中的ClassLoader类型和Java中的ClassLoader类型类似,也分为两种类型,分别是系统ClassLoader和自定义ClassLoader。其中系统ClassLoader包括三种分别是BootClassLoader、PathClassLoader和DexClassLoader。
Android系统启动时会使用BootClassLoader来预加载常用类,与Java中的BootClassLoader不同,它并不是由C/C++代码实现,而是由Java实现的,BootClassLoade的代码如下所示。
libcore/ojluni/src/main/java/java/lang/ClassLoader.java
- class BootClassLoader extends ClassLoader {
- private static BootClassLoader instance;
- @FindBugsSuppressWarnings("DP_CREATE_CLASSLOADER_INSIDE_DO_PRIVILEGED")
- public static synchronized BootClassLoader getInstance() {
- if (instance == null) {
- instance = new BootClassLoader();
- }
- return instance;
- }
- ...
- }
BootClassLoader是ClassLoader的内部类,并继承自ClassLoader。BootClassLoader是一个单例类,需要注意的是BootClassLoader的访问修饰符是默认的,只有在同一个包中才可以访问,因此我们在应用程序中是无法直接调用的。
Android系统使用PathClassLoader来加载系统类和应用程序的类,如果是加载非系统应用程序类,则会加载data/app/目录下的dex文件以及包含dex的apk文件或jar文件,不管是加载那种文件,最终都是要加载dex文件,在这里为了方便理解,我们将dex文件以及包含dex的apk文件或jar文件统称为dex相关文件。PathClassLoader不建议开发直接使用。来查看它的代码:
libcore/dalvik/src/main/java/dalvik/system/PathClassLoader.java
- 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);
- }
- }
PathClassLoader继承自BaseDexClassLoader,很明显PathClassLoader的方法实现都在BaseDexClassLoader中。从PathClassLoader的构造方法也可以看出它遵循了双亲委托模式,不了解双亲委托模式请查看 Android解析ClassLoader(一)Java中的ClassLoader 这篇文章。
PathClassLoader的构造方法有三个参数:
DexClassLoader可以加载dex文件以及包含dex的apk文件或jar文件,也支持从SD卡进行加载,这也就意味着DexClassLoader可以在应用未安装的情况下加载dex相关文件。因此,它是热修复和插件化技术的基础。来查看它的代码,如下所示。
libcore/dalvik/src/main/java/dalvik/system/DexClassLoader.java
- public
- class DexClassLoader extends BaseDexClassLoader {
- public DexClassLoader(String dexPath, String optimizedDirectory,
- String librarySearchPath, ClassLoader parent) {
- super(dexPath, new File(optimizedDirectory), librarySearchPath, parent);
- }
- }
DexClassLoader构造方法的参数要比PathClassLoader多一个optimizedDirectory参数,参数optimizedDirectory代表什么呢?我们知道应用程序第一次被加载的时候,为了提高以后的启动速度和执行效率,Android系统会对dex相关文件做一定程度的优化,并生成一个ODEX文件,此后再运行这个应用程序的时候,只要加载优化过的ODEX文件就行了,省去了每次都要优化的时间,而参数optimizedDirectory就是代表存储ODEX文件的路径,这个路径必须是一个内部存储路径。
PathClassLoader没有参数optimizedDirectory,这是因为PathClassLoader已经默认了参数optimizedDirectory的路径为:
。DexClassLoader 也继承自BaseDexClassLoader ,方法实现也都在BaseDexClassLoader中。
- /data/dalvik-cache
运行一个Android程序需要用到几种类型的类加载器呢?如下所示。
- public
- class MainActivity extends AppCompatActivity {
- @Override
- protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
- super.onCreate(savedInstanceState);
- setContentView(R.layout.activity_main);
- ClassLoader loader = MainActivity.class.getClassLoader();
- while (loader != null) {
- Log.d("liuwangshu",loader.toString());//1
- loader = loader.getParent();
- }
- }
- }
首先我们得到MainActivity的类加载器,并在注释1处通过Log打印出来,接着打印出当前类的类加载器的父加载器,直到没有父加载器终止循环。打印结果如下所示。
10-07 07:23:02.835 8272-8272/? D/liuwangshu: dalvik.system.PathClassLoader[DexPathList[[zip file “/data/app/com.example.liuwangshu.moonclassloader-2/base.apk”, zip file “/data/app/com.example.liuwangshu.moonclassloader-2/split_lib_dependencies_apk.apk”, zip file “/data/app/com.example.liuwangshu.moonclassloader-2/split_lib_slice_0_apk.apk”, zip file “/data/app/com.example.liuwangshu.moonclassloader-2/split_lib_slice_1_apk.apk”, zip file “/data/app/com.example.liuwangshu.moonclassloader-2/split_lib_slice_2_apk.apk”, zip file “/data/app/com.example.liuwangshu.moonclassloader-2/split_lib_slice_3_apk.apk”, zip file “/data/app/com.example.liuwangshu.moonclassloader-2/split_lib_slice_4_apk.apk”, zip file “/data/app/com.example.liuwangshu.moonclassloader-2/split_lib_slice_5_apk.apk”, zip file “/data/app/com.example.liuwangshu.moonclassloader-2/split_lib_slice_6_apk.apk”, zip file “/data/app/com.example.liuwangshu.moonclassloader-2/split_lib_slice_7_apk.apk”, zip file “/data/app/com.example.liuwangshu.moonclassloader-2/split_lib_slice_8_apk.apk”, zip file “/data/app/com.example.liuwangshu.moonclassloader-2/split_lib_slice_9_apk.apk”],nativeLibraryDirectories=[/data/app/com.example.liuwangshu.moonclassloader-2/lib/x86, /vendor/lib, /system/lib]]]
10-07 07:23:02.835 8272-8272/? D/liuwangshu: java.lang.BootClassLoader@e175998
可以看到有两种类加载器,一种是PathClassLoader,另一种则是BootClassLoader。DexPathList中包含了很多apk的路径,其中/data/app/com.example.liuwangshu.moonclassloader-2/base.apk就是示例应用安装在手机上的位置。关于DexPathList后续文章会进行介绍。
和Java中的ClassLoader一样,虽然系统所提供的类加载器有3种类型,但是系统提供的ClassLoader相关类却不只3个。ClassLoader的继承关系如下图所示。
可以看到上面一共有7个ClassLoader相关类,其中有一些和Java中的ClassLoader相关类十分类似,下面简单对它们进行介绍:
BootClassLoader是在何时被创建的呢?这得先从Zygote进程开始说起,不了解Zygote进程的可以查看Android系统启动流程(二)解析Zygote进程启动过程这篇文章。
ZygoteInit的main方法如下所示。
frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java
- public static void main(String argv[]) {
- ...
- try {
- ...
- preload(bootTimingsTraceLog);
- ...
- }
- }
main方法是ZygoteInit入口方法,其中调用了ZygoteInit的preload方法,preload方法中又调用了ZygoteInit的preloadClasses方法,如下所示。
frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java
- private static void preloadClasses() {
- final VMRuntime runtime = VMRuntime.getRuntime();
- InputStream is;
- try {
- is = new FileInputStream(PRELOADED_CLASSES);//1
- } catch (FileNotFoundException e) {
- Log.e(TAG, "Couldn't find " + PRELOADED_CLASSES + ".");
- return;
- }
- ...
- try {
- BufferedReader br
- = new BufferedReader(new InputStreamReader(is), 256);//2
- int count = 0;
- String line;
- while ((line = br.readLine()) != null) {//3
- line = line.trim();
- if (line.startsWith("#") || line.equals("")) {
- continue;
- }
- Trace.traceBegin(Trace.TRACE_TAG_DALVIK, line);
- try {
- if (false) {
- Log.v(TAG, "Preloading " + line + "...");
- }
- Class.forName(line, true, null);//4
- count++;
- } catch (ClassNotFoundException e) {
- Log.w(TAG, "Class not found for preloading: " + line);
- }
- ...
- } catch (IOException e) {
- Log.e(TAG, "Error reading " + PRELOADED_CLASSES + ".", e);
- } finally {
- ...
- }
- }
preloadClasses方法用于Zygote进程初始化时预加载常用类。注释1处将/system/etc/preloaded-classes文件封装成FileInputStream,preloaded-classes文件中存有预加载类的目录,这个文件在系统源码中的路径为frameworks/base/preloaded-classes,这里列举一些preloaded-classes文件中的预加载类名称,如下所示。
- android.app.ApplicationLoaders
- android.app.ApplicationPackageManager
- android.app.ApplicationPackageManager$OnPermissionsChangeListenerDelegate
- android.app.ApplicationPackageManager$ResourceName
- android.app.ContentProviderHolder
- android.app.ContentProviderHolder$1
- android.app.ContextImpl
- android.app.ContextImpl$ApplicationContentResolver
- android.app.DexLoadReporter
- android.app.Dialog
- android.app.Dialog$ListenersHandler
- android.app.DownloadManager
- android.app.Fragment
可以看到preloaded-classes文件中的预加载类的名称有很多都是我们非常熟知的。预加载属于拿空间换时间的策略,Zygote环境配置的越健全越通用,应用程序进程需要单独做的事情也就越少,预加载除了预加载类,还有预加载资源和预加载共享库,因为不是本文重点,这里就不在延伸讲下去了。
回到preloadClasses方法的注释2处,将FileInputStream封装为BufferedReader,并注释3处遍历BufferedReader,读出所有预加载类的名称,每读出一个预加载类的名称就调用注释4处的代码加载该类,Class的forName方法如下所示。
libcore/ojluni/src/main/java/java/lang/Class.java
- @CallerSensitive
- public static Class<?> forName(String name, boolean initialize,
- ClassLoader loader)
- throws ClassNotFoundException
- {
- if (loader == null) {
- loader = BootClassLoader.getInstance();//1
- }
- Class<?> result;
- try {
- result = classForName(name, initialize, loader);//2
- } catch (ClassNotFoundException e) {
- Throwable cause = e.getCause();
- if (cause instanceof LinkageError) {
- throw (LinkageError) cause;
- }
- throw e;
- }
- return result;
- }
注释1处创建了BootClassLoader,并将BootClassLoader实例传入到了注释2处的classForName方法中,classForName方法是Native方法,它的实现由c/c++代码来完成,如下所示。
- @FastNative
- static native Class<?> classForName(String className, boolean shouldInitialize,
- ClassLoader classLoader) throws ClassNotFoundException;
PathClassLoader的创建也得从Zygote进程开始说起,Zygote进程启动SyetemServer进程时会调用ZygoteInit的startSystemServer方法,如下所示。
frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java
- private static boolean startSystemServer(String abiList, String socketName)
- throws MethodAndArgsCaller, RuntimeException {
- ...
- int pid;
- try {
- parsedArgs = new ZygoteConnection.Arguments(args);//2
- ZygoteConnection.applyDebuggerSystemProperty(parsedArgs);
- ZygoteConnection.applyInvokeWithSystemProperty(parsedArgs);
- /*1*/
- pid = Zygote.forkSystemServer(
- parsedArgs.uid, parsedArgs.gid,
- parsedArgs.gids,
- parsedArgs.debugFlags,
- null,
- parsedArgs.permittedCapabilities,
- parsedArgs.effectiveCapabilities);
- } catch (IllegalArgumentException ex) {
- throw new RuntimeException(ex);
- }
- if (pid == 0) {//2
- if (hasSecondZygote(abiList)) {
- waitForSecondaryZygote(socketName);
- }
- handleSystemServerProcess(parsedArgs);//3
- }
- return true;
- }
注释1处,Zygote进程通过forkSystemServer方法fork自身创建子进程(SystemServer进程)。注释2处如果forkSystemServer方法返回的pid等于0,说明当前代码是在新创建的SystemServer进程中执行的,接着就会执行注释3处的handleSystemServerProcess方法:
frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java
- private static void handleSystemServerProcess(
- ZygoteConnection.Arguments parsedArgs)
- throws Zygote.MethodAndArgsCaller {
- ...
- if (parsedArgs.invokeWith != null) {
- ...
- } else {
- ClassLoader cl = null;
- if (systemServerClasspath != null) {
- cl = createPathClassLoader(systemServerClasspath, parsedArgs.targetSdkVersion);//1
- Thread.currentThread().setContextClassLoader(cl);
- }
- ZygoteInit.zygoteInit(parsedArgs.targetSdkVersion, parsedArgs.remainingArgs, cl);
- }
- }
注释1处调用了createPathClassLoader方法,如下所示。
frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java
- static PathClassLoader createPathClassLoader(String classPath, int targetSdkVersion) {
- String libraryPath = System.getProperty("java.library.path");
- return PathClassLoaderFactory.createClassLoader(classPath,
- libraryPath,
- libraryPath,
- ClassLoader.getSystemClassLoader(),
- targetSdkVersion,
- true /* isNamespaceShared */);
- }
createPathClassLoader方法中又会调用PathClassLoaderFactory的createClassLoader方法,看来PathClassLoader是用工厂来进行创建的。
frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/PathClassLoaderFactory.java
- public static PathClassLoader createClassLoader(String dexPath,
- String librarySearchPath,
- String libraryPermittedPath,
- ClassLoader parent,
- int targetSdkVersion,
- boolean isNamespaceShared) {
- PathClassLoader pathClassloader = new PathClassLoader(dexPath, librarySearchPath, parent);
- ...
- return pathClassloader;
- }
在PathClassLoaderFactory的createClassLoader方法中会创建PathClassLoader。
在这篇文章中我们学习了Android的ClassLoader的类型、ClassLoader的继承关系以及BootClassLoader和PathClassLoader是何时创建的。BootClassLoader是在Zygote进程的入口方法中创建的,PathClassLoader则是在Zygote进程创建SystemServer进程时创建的。本系列后续文章会接着介绍Android中的ClassLoader的其他知识点,敬请期待。
参考资料
Android动态加载之ClassLoader详解
热修复入门:Android 中的 ClassLoader
浅析dex文件加载机制
来源: http://blog.csdn.net/itachi85/article/details/78276837