Android中类的加载以及应用

将重点介绍一下三个方面：

1. 类的加载机制
2. 热修复原理
3. 增量更新原理

一、类加载器的分类

1、Java ClassLoader

（1）启动类加载器：Bootstrap ClassLoader

用C++编写的，是JVM自带的类加载器，负责Java平台核心库，用来加载核心类库。该加载器无法直接获取。加载存放在JAVA_HOME\lib目录中的类。

（2）扩展类加载器：Extension ClassLoader

负责jre/lib/ext目录下的jar包或 –D java.ext.dirs 指定目录下的jar包装入工作库

（3）应用程序类加载器：App/System ClassLoader

负责java –classpath 或 –D java.class.path所指的目录下的类与jar包装入工作 ，是最常用的加载器，可以通过ClassLoader的静态方法getSystemLoader()来获取系统类的加载器。如果没有特别指定，则用户自定义的类的加载器都以此类加载器作为父类。

2、Android ClassLoader

（1）BootClassLoader，它是 Android 中最顶层的 ClassLoader，继承自ClassLoader，C代码编写，不能被继承和修改。

（2）PathClassLoader：只能加载已经安装到Android系统中的apk文件（/data/app目录），是Android默认使用的类加载器。

（3）DexClassLoader：可以加载任意目录下的dex/jar/apk/zip文件，比PathClassLoader更灵活，是实现热修复的重点。

他们都继承自BaseDexClassLoader，他又继承自ClassLoader。PathClassLoader 和 DexClassLoader 最大的区别就是 DexClassLoader 可以加载 外置dex文件，这是因为 PathClassLoader 构造方法中像上传递时第二个参数传了null，这个参数代表的是 dex 优化后的路径，DexPathList 在生成 Element数组 时会判断这个参数是否为 null，如果为 null 就使用系统默认路径 /data/dalvik-cache，这也是导致如果要加载外置dex文件只能使用 DexClassLoader 的原因。

Android 中主要使用的 ClassLoader 有 PathClassLoader 和 DexClassLoader，它们都继承自 BaseDexClassLoader，BaseDexClassLoader 中维护了一个 DexPathList， DexPathList 中又维护这一个 Element 数组，这个数组中 Element元素 其实就是 Dex 文件，所以子类可以通过父类findClass方法获得这个dex集合。

二、类的加载机制

1、 双亲委派模型

在Java中为了保证一个类的唯一性使用了双亲委派模型，也就是说如果要加载一个类首先会委托给自己的父加载器去完成，父加载器会再向上委托，直到最顶层的类加载器，如果父加载器没有找个要加载的类，父类的子类才会一步步尝试自己去加载，如果再加载失败测抛出异常，这样就保证了加载的类都是一个类。

2、如何保证类的唯一性

JVM 在判定两个 class 是否相同时，不仅要判断两个类名是否相同，而且要判断是否由同一个类加载器实例加载的。只有两者同时满足的情况下，JVM 才认为这两个 class 是相同的。就算两个 class 是同一份 class 字节码，如果被两个不同的 ClassLoader 实例所加载，JVM 也会认为它们是两个不同 class。

三、热修复技术

就是把多个dex文件塞入到app的classloader之中，但是android dex拆包方案中的类是没有重复的，如果classes.dex和classes1.dex中有重复的类，当用到这个重复的类的时候，系统会选择哪个类进行加载呢？一个ClassLoader可以包含多个dex文件，每个dex文件是一个Element，多个dex文件排列成一个有序的数组dexElements，当找类的时候，会按顺序遍历dex文件，然后从当前遍历的dex文件中找类，如果找到类则返回，如果找不到从下一个dex文件继续查找。理论上，如果在不同的dex中有相同的类存在，那么会优先选择排在前面的dex文件的类。热补丁的方案，把有问题的类打包到一个dex（patch.dex）中去，然后把这个dex插入到Elements的最前面，在遍历时候获取到最前面的dex然后返回，后面的就不管了。目前较火的热修复方案大致分为两派，分别是：

（1）阿里系：DeXposed、andfix：从底层二进制入手c语言替换方法。

（2）腾讯系：tinker：从java加载机制入手，替换class文件。

1、QQ空间超级补丁技术

基于DEX分包方案，使用了多DEX加载的原理，大致的过程就是：把bug方法修复以后，放到一个单独的dex里，插入到dexElements数组的最前面，让虚拟机去加载修复完后的方法。当patch.dex中包含Test.class时就会优先加载，在后续的DEX中遇到Test.class的话就会直接返回而不去加载，这样就达到了修复的目的。详细步骤如下：

（1）通过获取到当前应用的Classloader，即为BaseDexClassloader；

（2）通过反射获取到他的DexPathList属性对象pathList；

（3）通过反射调用pathList的dexElements方法把patch.dex转化为Element[]；

（4）两个Element[]进行合并，把patch.dex放到最前面去；

（5）根据类的加载机制，加载Element[]，达到修复目的。

特点是产很灵活，对开发者透明，但是不支持即时生效，必须通过重启才能生效。另外当插入的dex比较多的时候影响启动性能比较大。

2、微信Tinker修复方案

微信针对QQ空间超级补丁技术的不足提出了一个提供DEX差量包，整体替换DEX的方案。主要的原理是与QQ空间超级补丁技术基本相同，区别在于不再将patch.dex增加到elements数组中，而是差量的方式给出patch.dex，然后将patch.dex与应用的classes.dex合并，然后整体替换掉旧的DEX文件，以达到修复的目的。

特点是稳定性比较高，与超级补丁技术一样，不支持即时生效，必须通过重启应用的方式才能生效。对于多DEX的应用来说，如果修改了多个DEX文件，就需要下发多个patch.dex与对应的classes.dex进行合并操作时这种情况会更严重，因此合并过程的失败率也会更高。

3、阿里系AndFix修复方案

AndFix不同于QQ空间超级补丁技术和微信Tinker通过增加或替换整个dex的方案，提供了一种运行时在Native修改Filed指针的方式，实现方法的替换，达到即时生效无需重启，对应用无性能消耗的目的。AndFix对ART设备同样支持，具体的过程与Dalvik相似。替换流程如下：

Dalvik设备——>Native层找到被替换的类——>将类的状态设置为初始化完毕——>得到新旧方法的指针——>操作指针，指针指向新的替换方法——>完成新的方法替换。

特点是及时性强，不需要重启手机，生成的差量包小，性能损耗小，缺点是是不支持新增字段，也不支持对资源的替换，和ROM关系很大，一旦厂商修改ROM下发就失败了。

4、三个热修复技术比较

关于热修复微信Tinker的接入请参考：

https://blog.youkuaiyun.com/yoonerloop/article/details/80246265

四、增量更新

自从 Android 4.1 开始， Google Play 引入了应用程序的增量更新功能，App使用该升级方式，可节省约2/3的流量。在APP应用商城上我们可以看到很多APP显示省流量更新，这就是使用了增量更新技术。如下：

1、原理

old.apk  new.apk,服务端比较两个安装包的差异生成增量包patch，客户端下载增量包patch，下载完成后和olde.apk合成新的new.apk再安装。这样可以减少很多下载中的流量。比较有名的开源库为bsdiff，使用bsdiff可以生成增量包和合并增量包。这个增量更新的过程需要客户端和服务端同时支持。

2、注意事项

（1）增量包patch可以在dos命令生成也可以服务端生成。

（2）差分包的版本问题，一般在服务器会保存几个拆分包，如果用户当前为1.0版本，很久没更新，一下子需要升级到6.0这时候就不合适用拆分包，可能1.0到6.0的拆分包比直接下载还大，这时候需要全量更新了，这种情况需要在代码中进行判断，版本差异比较下，变化比较下使用差分包，版本差异很大或者架构调整很多适合用全量包。所有一个APP集成增量更新的同时也需要集成全量更新功能。

（3）集成增量更新需要用到NDK技术，集成步骤请查看相关文档。

 

参考文献：

https://blog.youkuaiyun.com/qq_31530015/article/details/51785228?locationNum=11