Android 类加载器机制

类加载机制

概述

• ClassLoader即类加载，虚拟机将描述类的数据从class字节码文件加载到内存，并对书籍进行 检验、转换解析和初始化，最新形成可以被虚拟机直接使用的Java代码
• 主要作用：
  • 实现类的加载功能
  • 确保被加载类在虚拟机中的唯一性

ClassLoader加载流程

• 当需要使用某个类时，JVM虚拟机就会加载它的Class文件，并创建对应的Class对象，将Class文件加载到虚拟机的内存里，这个过程称为类加载
• 类从被加载到JVM虚拟机内存到被卸载，整个完整的生命周期包括：类加载 --> 验证 --> 准备 --> 解析 --> 初始化 --> 使用 --> 卸载 七个阶段，其中验证、准备、解析这三个部分统称为连接
• 类加载流程比较复杂，虽然加载过程有复杂的五个步骤，但是除了加载以外，其他四部都是由JVM虚拟机控制的

• 步骤一：加载：将外部的Class文件加载到JVM虚拟机内，并存储到方法区
• 步骤二：验证：确保加载到Class文件里的信息符合JVM虚拟机要求
• 步骤三：准备：为类变量分配内存，并设置类变量的初始化值（初始值通常为0，非开发者定义的值）
• 步骤四：解析：将常量池内的符号引用转为直接引用，如hello()方法，hello是符号引用，地址值是直接引用
• 步骤五：初始化：对类变量进行初始化

双亲委托机制

双亲委托机制即父委托机制，指多个类加载器之间存在父子关系，当一个类加载的过程中，它首先不回去加载，而是委托给父类去加载，父类又委托给父类，因此所有的类加载都会委托给顶层的父类即BoostrapClassLoader进行加载。

如果父类无法完成这个加载请求，子加载器才会尝试自己去加载。

优点

使用双亲委托机制，Java类随着它的类加载器一起具备类一种带优先级的层次关系。通过这种层次关系，可以避免类的重复加载，可以避免核心类被不同的类加载器加载到内存中造成冲突和混乱，保证了Java核心库的安全。

关键类说明

BootstrapClassLoader

• 启动类加载器
• 纯C++实现的类加载，没有对应的Java类
• 主要加载<JAVA_HOME>/lib目录下的核心库

ExtClassLoader

• 扩展类加载器
• 类全名是sum.misc.Launcher#ExtClassLoader
• 主要加载<JAVA_HOME>/lib/ext目录下的扩展类，如swing系列、内置js引擎、xml解析器

AppClassLoader

• 应用程序类加载器
• 类全名sum.misc.Launcher$AppClassLoader
• 负责加载ClassPath所指定类库，开发者可以直接使用该类加载器

流程图说明

流程说明

当有一个Class文件要被加载时，暂时不考虑我们自定义类加载器。最先从AppClassLoader中检查是否加载过（每个类加载器都有自己的加载缓存，当一个类被加载了以后就会放入缓存，等下次加载的时候就可以直接返回了），如果有加载过无需再加载，否则会获取父加载器，再调用父加载器的loadClass()检查是否加载过，同理类似递归调用；直到BootstrapClassLoder检查知否加载过，如果没有加载过则会下沉到子加载器处理。这时候如果子加载器不能加载则抛出ClassNotFoundException异常。

代码分析

双亲委托机制的代码流程在java.lang.ClassLoader#loadClass()中

protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) {
    
    
    Class<?> c = findLoadedClass(name);
    
    //检查类是否被加载过
    if (c == null) {
    
    
        try {
    
    
            //如果没有加载，调用父类的加载器
            if (parent != null) {
    
    
                c = parent.loadClass(name, false);
            } else {
    
    
                //父类加载器为空，使用默认的 启动类加载器
                c = findBootstrapClassOrNull(name);
            }
        } catch (ClassNotFoundException e) {
    
    
        }

        if (c == null) {
    
    
            //父类加载器无法加载，则调用自身的findClass()进行类加载
            c = findClass(name);
        }
    }
    return c;
}

Android中的类加载机制

区别

Java中的ClassLoader可以加载jar文件和Class文件，这一点再Android中不适用，Android加载的是dex文件，所以在需要重新设计ClassLoader相关类。

Androd中的ClassLoader和Java的ClassLoader相似，也分为两种类型，分别是系统ClassLoader和自定义ClassLoader。系统ClassLoader包含：BootClassLoader、PathClassLoader和DexClassLoader。

Android类加载器关键类说明

BootClassLoader

• Android系统启动时会使用BootClassLoader来预加载常用类，与Java中的BootstrapClassLoader不同的是，它不是由C/C++代码实现，而是由Java实现
• BootClassLoader是ClassLoader的一个内部类

PathClassLoader和DexClassLoader在Android8.0之后完全一样

PathClassLoader

• 继承自BaseDexClassLoader
• Android系统使用PathClassLoader加载系统类和应用程序的类，从语义上讲：加载内存中已经安装的apk中的dex文件

DexClassLoader

• 继承自BaseDexClassLoader
• 从语义上讲：可以加载内存以外的dex/apk/jar文件

流程图说明

热修复实现

代码下载

常用命令：

dx --dex --no-strict --ouput <生成的dex文件名> <class文件包名>

例子：
./dx --dex --no-strict --output /Users/limengge/dev/fixed-01.dex /Users/limengge/dev/fixed/