Java和Android中的ClassLoader

最新推荐文章于 2022-08-12 16:42:35 发布

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一、Java中的类加载器

我们知道.class文件存储着Java程序代码经转换后的虚拟机指令，当需要使用某个类时，虚拟机将会加载它的”.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，这个过程称为类加载。

首先我们来了解下Java中的类加载器，Java中的类加载器主要有两种类型

系统类加载和自定义类加载器

1. 系统类加载：

Bootstrap ClassLoader 启动类加载器

C++语言实现的；是虚拟机自身的一部分，因此它并不继承java.lang.ClassLoader

加载的是JVM自身需要的类；如java.lang.、java.uti.等这些系统类；

将/lib路径下的核心类库或-Xbootclasspath参数指定的路径下的jar包加载到内存中

出于安全考虑，Bootstrap启动类加载器只加载包名为java、javax、sun等开头的类
Extensions ClassLoader 扩展类加载器

sun.misc.Launcher$ExtClassLoader类，继承与java.lang.ClassLoader类

用于加载 Java 的拓展类

拓展类的jar包一般会放在$JAVA_HOME/jre/lib/ext目录下；也可以通过-Djava.ext.dirs选项添加和修改Extensions ClassLoader加载的路径
App ClassLoader

sun.misc.Launcher$AppClassLoader，继承与java.lang.ClassLoader类

负责加载当前应用程序Classpath目录下的所有jar和Class文件也可以加载通过-Djava.class.path选项所指定的目录下的jar和Class文件，即所谓的Classpath

2. 自定义类加载器

除了系统提供的类加载器，还可以自定义类加载器，自定义类加载器通过继承java.lang.ClassLoader类的方式来实现自己的类加载器

自定义加载器用于加载网络上的或者某个文件夹中的jar包和Class文件

实现自定义ClassLoader步骤
1. 定义一个自定义ClassLoader并继承ClassLoader
2. 复写findClass方法，并在findClass方法中调用defineClass方法

二、类加载器查找类的过程–双亲委托模式

我们知道ClassLoader都是通过其中的loadClass方法来加载类的，那么我们先看下ClassLoader的loadClass源码

protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
        throws ClassNotFoundException{
    //判断是否已经加载，如果已经加载则直接返回
    Class<?> c = findLoadedClass(name);
    if (c == null) {
        try {
            //判断当前加载器是否有父加载器，有的话就调用父加载器的loadClass方法
            if (parent != null) {
                c = parent.loadClass(name, false);
            } else {
                //没有父加载器，调用BootstrapClassLoader进行加载      
                c = findBootstrapClassOrNull(name);
            }
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            // ClassNotFoundException thrown if class not found
            // from the non-null parent class loader
        }
        //如果仍然无法加载成功，则调用自身的findClass进行加载 
        if (c == null) {
            // If still not found, then invoke findClass in order
            // to find the class.
            c = findClass(name);
        }
    }
    return c;
}

在加载器有一个parent父加载器的概念，注意父加载是创建加载器的时候指定的，并不是继承关系。在java中

App ClassLoader的父加载器是Extensions ClassLoader

Extensions ClassLoader的父加载器是Bootstrap ClassLoader

而Bootstrap ClassLoader是根加载器，没有父加载器了

如果我们自定义一个加载器，父加载器指定为App ClassLoader，那么我们发现类加载的过程就是

判断当前类是否已经加载，如果已经加载则直接返回，避免重复加载
如果未加载，则递归遍历调用其父加载器的loadClass方法，父加载器的loadClass方法也是重复1和2这两步，如果加载成功则返回，如果没加载成功，则继续向上遍历，直到没有没有了父加载器，则调用BootstrapClass的loadClass方法
如果遍历完后还没有加载成功，则调用加载器自己的findClass方法

这就是所谓的双亲委托模式。双亲委托模式主要有两点好处：
1. 避免重复加载，如果已经加载过一次Class，则再次加载的时候会从缓存中读取
2. 更加安全，可以避免自定义一个String类来替代系统的String类这种情况发生。注意的是： 只有两个类名一致并且被同一个类加载器加载的类，Java虚拟机才会认为它们是同一个类

三、Android中的类加载器

我们知道Android中对.class文件进行了合并优化，生成了.class.dex文件，所以在Android中的类加载，其实就是加载.dex文件

在Android中主要定义了两个ClassLoader来进行类加载

即DexClassLoader和PathClassLoader，他们都继承与BaseDexClassLoader，而BaseDexClassLoader又继承与ClassLoader

PathClassLoader和DexClassLoader都继承自BaseDexClassLoader,其中的主要逻辑都是在BaseDexClassLoader完成的

我们下面来看下这三者的构造器的构造函数

BaseDexClassLoader

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

参数详解：
1. dexPath：JAR/APK文件路径的列表，多个的话默认可用“：”分割；可以是APK、DEX和JAR的路径
2. optimizedDirectory：该参指定从jar或者Apk中解压出的dex 文件存放的路径。这也是对apk中dex根据平台进行ODEX优化的过程

APK是一个程序压缩包，里面包含dex文件，ODEX优化就是把包里面的执行程序提取出来，就变成ODEX文件

系统只有第一次启动的时候，会把JAR或者APK解压到 /data/dalvik-cache（针对PathClassLoader）或者optimizedDirectory(针对DexClassLoader）目录，之后也是直接读取目录下的的dex文件
3. librarySearchPath：指目标类中所使用的C/C++库存放的路径
4. parent：父加载器

DexClassLoader

public DexClassLoader(String dexPath, String optimizedDirectory,
            String librarySearchPath, ClassLoader parent) {
    super(dexPath, new File(optimizedDirectory), librarySearchPath, parent);
}

DexClassLoader支持加载APK、DEX和JAR，也可以从SD卡进行加载。在BaseDexClassLoader里对”.jar”,”.zip”,”.apk”,”.dex”后缀的文件最后都会生成一个对应的dex文件,所以最终处理的还是dex文件,生成的dex文件就放在optimizedDirectory目录下

PathClassLoader

public PathClassLoader(String dexPath, String librarySearchPath, ClassLoader parent) {
    super(dexPath, null, librarySearchPath, parent);
}

可以看出PathClassLoader将optimizedDirectory置为Null,也就是没设置优化后的存放路径。其实optimizedDirectory为null时的默认路径就是/data/dalvik-cache 目录。
PathClassLoader是用来加载Android系统类和应用的类

ClassLoader加载class的过程

//BaseDexClassLoader
@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;
}

//DexPathList
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;
}