Android进阶（七）Android中的ClassLoader

1、Java中的ClassLoader

一、继承关系

• ClassLoader是一个抽象类，其中定义了ClassLoader的主要功能。
• SecureClassLoader继承了抽象类ClassLoader，但SecureClassLoader并非ClassLoader的实现类，而是拓展了ClassLoader类加入了权限方面的功能，增强了ClassLoader的安全性。
• URLClassLoader继承自SecureClassLoader，用来经过URl路径从jar文件和文件夹中加载类和资源。
• ExtClassLoader和AppClassLoader都继承自URLClassLoader，它们都是Launcher 的内部类，Launcher 是Java虚拟机的入口应用，ExtClassLoader和AppClassLoader都是在Launcher中进行初始化的。

2、Android中的ClassLoader

一、继承关系

• ClassLoader是一个抽象类，其中定义了ClassLoader的主要功能。BootClassLoader是它的内部类。
• SecureClassLoader继承了抽象类ClassLoader。SecureClassLoader并非ClassLoader的实现类，而是拓展了ClassLoader类加入了权限方面的功能，增强了ClassLoader的安全性。
• URLClassLoader类继承自SecureClassLoader，用来经过URl路径从jar文件和文件夹中加载类和资源。
• InMemoryDexClassLoader是Android8.0新增的类加载器，继承自BaseDexClassLoader，用于加载内存中的dex文件。
• BaseDexClassLoader继承自ClassLoader，是抽象类ClassLoader的具体实现类，PathClassLoader和DexClassLoader都继承它。

二、做用和分类

（1）做用：
Android虚拟机运行的是Dex字节码（将Class文件合并优化生成的产物），ClassLoader用来加载dex文件。

（2）分类
分为系统类加载器和自定义类加载器。主要的系统类加载器：

• BootClassLoader
• PathClassLoader
• DexClassLoader

3、Android中ClassLoader源码分析

相关源码：
/dalvik/system

一、ClassLoader

(1)构造函数：

protected ClassLoader() {
    this(checkCreateClassLoader(), getSystemClassLoader());
}
protected ClassLoader(ClassLoader parent) {
    this(checkCreateClassLoader(), parent);
}
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ClassLoader须要传入一个父ClassLoader，若是父ClassLoader不传的时候，经过 getSystemClassLoader方法，建立了一个PathClassLoader

public static ClassLoader getSystemClassLoader() {
    return SystemClassLoader.loader;
}
  static private class SystemClassLoader {
    public static ClassLoader loader = ClassLoader.createSystemClassLoader();
}
private static ClassLoader createSystemClassLoader() {
    String classPath = System.getProperty("java.class.path", ".");
    String librarySearchPath = System.getProperty("java.library.path", "");
    return new PathClassLoader(classPath, librarySearchPath, BootClassLoader.getInstance());
}
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（2）loadClass方法：

protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
throws ClassNotFoundException {
    // First, check if the class has already been loaded
    //(1)先判断这个类是否被加载过
    Class<?> c = findLoadedClass(name);
    if (c == null) {
        try {
            //(2)若是没被加载，先让父加载器进行加载
            if (parent != null) {
                c = parent.loadClass(name, false);
            } else {
                c = findBootstrapClassOrNull(name);
            }
        } catch (ClassNotFoundException e) {
            // ClassNotFoundException thrown if class not found
            // from the non-null parent class loader
        }
        //（3）若是父加载器加载失败，则自身进行加载
        if (c == null) {
            // If still not found, then invoke findClass in order
            // to find the class.
            c = findClass(name);
        }
    }
    return c;
}
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双亲委托机制：
（1）除了顶层的类加载器外，其余的类加载器都有本身的父类加载器，在加载类时首先判断这个类是否被加载过，若是已经加载则直接返回。
（2）若是未被加载过，则先尝试让父加载器进行加载，最终全部加载请求都会传递给顶层的加载器中。
（3）当父加载器发现未找到所需的类而没法完成加载请求时，子加载器的findClass方法中进行加载。

二、BaseDexClassLoader

（1）构造：

public BaseDexClassLoader(String dexPath, File optimizedDirectory,
        String librarySearchPath, ClassLoader parent) {
    this(dexPath, librarySearchPath, parent, null, false);
}

public BaseDexClassLoader(String dexPath,
        String librarySearchPath, ClassLoader parent, ClassLoader[] sharedLibraryLoaders,
        boolean isTrusted) {
    super(parent);
    this.sharedLibraryLoaders = sharedLibraryLoaders == null
            ? null
            : Arrays.copyOf(sharedLibraryLoaders, sharedLibraryLoaders.length);
    this.pathList = new DexPathList(this, dexPath, librarySearchPath, null, isTrusted);
    if (reporter != null) {
        reportClassLoaderChain();
    }
}
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• dexPath:指目标类所在的APK或jar文件的路径，若是要包含多个路径,路径之间必须使用特定的分割符分隔,特定的分割符可使用System.getProperty(“path.separtor”)得到。
• optimizedDirectory：解压的dex文件存储路径，这个路径必须是一个内部存储路径，通常状况下使用当前应用程序的私有路径：/data/data//...。
• librarySearchPath：指目标类中所使用的C/C++库存放的路径
• parent：父加载器。

（2）DexPathList
DexPathList中维护着一个Element数组，这个数组中Element元素就是Dex文件

#DexPathList
 /*package*/ static class Element {
 
    @UnsupportedAppUsage
    private final File path;
    /** Whether {@code path.isDirectory()}, or {@code null} if {@code path == null}. */
    private final Boolean pathIsDirectory;
    @UnsupportedAppUsage
    private final DexFile dexFile;
    private ClassPathURLStreamHandler urlHandler;
    private boolean initialized;
    
    @UnsupportedAppUsage
    public Element(DexFile dexFile, File dexZipPath) {
        if (dexFile == null && dexZipPath == null) {
            throw new NullPointerException("Either dexFile or path must be non-null");
        }
        this.dexFile = dexFile;
        this.path = dexZipPath;
        // Do any I/O in the constructor so we don't have to do it elsewhere, eg. toString(). this.pathIsDirectory = (path == null) ? null : path.isDirectory(); } public Element(DexFile dexFile) { this(dexFile, null); } public Element(File path) { this(null, path); } ...... } 复制代码

三、BootClassLoader

Android平台上全部ClassLoader的最终parent。Android系统启动时会使用BootClassLoader来预加载经常使用类。

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;
    }
...
}
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BootClassLoader的访问修饰符是默认的，只有在同一个包中才能够访问

四、PathClassLoader

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

@libcore.api.CorePlatformApi
public PathClassLoader(
        String dexPath, String librarySearchPath, ClassLoader parent,
        ClassLoader[] sharedLibraryLoaders) {
    super(dexPath, librarySearchPath, parent, sharedLibraryLoaders);
}
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• 使用PathClassLoader来加载系统类和应用程序的类，一般用来加载已安装的apk的dex文件
• 构造函数没有optimizedDirectory，没法定义dex文件路径，该参数默认值为/data/dalvik-cache

五、DexClassLoader

public DexClassLoader(String dexPath, String optimizedDirectory,
        String librarySearchPath, ClassLoader parent) {
    super(dexPath, null, librarySearchPath, parent);
}
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DexClassLoader能够加载dex文件以及包含dex的压缩文件（apk和jar文件），在其父类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。

4、Android加载Class的过程

一、BaseDexClassLoader的findClass

@Override
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
    // First, check whether the class is present in our shared libraries.
    if (sharedLibraryLoaders != null) {
        for (ClassLoader loader : sharedLibraryLoaders) {
            try {
                return loader.loadClass(name);
            } catch (ClassNotFoundException ignored) {
            }
        }
    }
    // Check whether the class in question is present in the dexPath that
    // this classloader operates on.
    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;
}
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内部调用了DexPathList的findClass方法

#DexPathList
private Element[] dexElements;
......
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;
}

public Class<?> findClass(String name, ClassLoader definingContext,
        List<Throwable> suppressed) {
    return dexFile != null ? dexFile.loadClassBinaryName(name, definingContext, suppressed)
            : null;
}
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DexPathList内部包含了一个DexFile的数组dexElements。类加载的过程，就是遍历这个数组调用了DexFile的loadClassBinaryName方法，最终调用native方法defineClassNative。

参考资料：
Android动态加载之ClassLoader详解