Android類載入機制及熱修複實現

Android類載入機制 Dalvik虛擬機如同其他Java虛擬機一樣，在運行程式時首先需要將對應的類載入到記憶體中。而在Java標準的虛擬機中，類載入可以從class文件中讀取，也可以是其他形式的二進位流。因此，我們常常利用這一點，在程式運行時手動載入Class，從而達到代碼動態載入執行的目的。只不 ...

Android類載入機制

Dalvik虛擬機如同其他Java虛擬機一樣，在運行程式時首先需要將對應的類載入到記憶體中。而在Java標準的虛擬機中，類載入可以從class文件中讀取，也可以是其他形式的二進位流。因此，我們常常利用這一點，在程式運行時手動載入Class，從而達到代碼動態載入執行的目的。
只不過Android平臺上虛擬機運行的是Dex位元組碼,一種對class文件優化的產物,傳統Class文件是一個Java源碼文件會生成一個.class文件，而Android是把所有Class文件進行合併，優化，然後生成一個最終的class.dex,目的是把不同class文件重覆的東西只需保留一份,如果我們的Android應用不進行分dex處理,最後一個應用的apk只會有一個dex文件。

首先看一下Android平臺中幾個常用的載入相關的類，以及他們的繼承關係。

PathClassLoader是用來載入Android系統類和應用的類。
DexClassLoader支持載入APK、DEX和JAR，也可以從SD卡進行載入。

ClassLoader類的主要職責：根據一個指定的類的名稱，找到或者生成其對應的位元組代碼，然後從這些位元組代碼中定義出一個 Java 類，即 java.lang.Class類的一個實例。（還可以載入圖片等，這裡不討論）

ClassLoader中的主要方法及含義

下麵這段代碼時loadClass的實現，可以看出首先會查找載入類是否已經被載入了，如果是直接返回。否則，通過findClass()查找

  1 protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
  2         throws ClassNotFoundException
  3     {
  4             // First, check if the class has already been loaded
  5             Class c = findLoadedClass(name);
  6             if (c == null) {
  7                  // If still not found, then invoke findClass in order
  8                  // to find the class.
  9                  c = findClass(name);
 10                  // this is the defining class loader; record the stats
 11             }
 12             return c;
 13     }

在BaseClassLoader中的findClass函數：實際是在一個pathList中去查找這個類。

  1 protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
  2         List<Throwable> suppressedExceptions = new ArrayList<Throwable>();
  3         Class c =

pathList.findClass

(name, suppressedExceptions);
  4         if (c == null) {
  5             ClassNotFoundException cnfe = new ClassNotFoundException("Didn't find class \"" + name + "\" on path: " + pathList);
  6             for (Throwable t : suppressedExceptions) {
  7                 cnfe.addSuppressed(t);
  8             }
  9             throw cnfe;
 10         }
 11         return c;
 12     }

DexPathList的源碼可知，成員變數dexElements用來保存dex數組，而每個dex文件其實就是DexFile對象。遍歷dexElements，然後通過DexFile去載入class文件，載入成功就返回，否則返回null，看到這裡應該基本知道我們想幹啥了，我打算在dexElements上面做手腳，可以通過反射來載入。

  1 /*package*/ final class DexPathList {
  2     private static final String DEX_SUFFIX = ".dex";
  3     private static final String JAR_SUFFIX = ".jar";
  4     private static final String ZIP_SUFFIX = ".zip";
  5     private static final String APK_SUFFIX = ".apk";
  6 
  7     /** class definition context */
  8     private final ClassLoader definingContext;
  9 
 10     /**
 11      * List of dex/resource (class path) elements.
 12      * Should be called pathElements, but the Facebook app uses reflection
 13      * to modify 'dexElements' (http://b/7726934).
 14      */
 15     private final Element[] dexElements;
 16 
 17     /**
 18      * Finds the named class in one of the dex files pointed at by
 19      * this instance. This will find the one in the earliest listed
 20      * path element. If the class is found but has not yet been
 21      * defined, then this method will define it in the defining
 22      * context that this instance was constructed with.
 23      *
 24      * @param name of class to find
 25      * @param suppressed exceptions encountered whilst finding the class
 26      * @return the named class or {@code null} if the class is not
 27      * found in any of the dex files
 28      */
 29     public Class findClass(String name, List<Throwable> suppressed) {
 30         for (Element element : dexElements) {
 31             DexFile dex = element.dexFile;
 32 
 33             if (dex != null) {
 34                 Class clazz = dex.loadClassBinaryName(name, definingContext, suppressed);
 35                 if (clazz != null) {
 36                     return clazz;
 37                 }
 38             }
 39         }
 40         if (dexElementsSuppressedExceptions != null) {
 41             suppressed.addAll(Arrays.asList(dexElementsSuppressedExceptions));
 42         }
 43         return null;
 44     }
 45 }

View Code

實際程式運行時我們只需要將本地載入的dex文件插入到DexPathList中的dexElements中，後續程式運行時就會自動到該變數中去查找新的類，這就是該篇講的熱修複的原理。

補丁包dex文件生成

如果某個APP遠程出現bug，那麼開發者如何生成一個新的dex文件，然後通過網路下發到客戶端呢？

1.到該android sdk的該目錄下：（不一定是23.0.1也可以是其它版本號）

2. 將要生成的dex的class文件（全路徑）放到該目錄下（對應上圖中的com文件夾）。class文件可以從Android Studio的該目錄拷貝：

3. 運行如下命令即可根據MyTestClass.class文件本地生成補丁包： patch.dex

.\dx.bat --dex --output=patch.dex .\com\xxx\xxx\hotfix_qqzone\MyTestClass.class

通過反射將本地dex註入

前面已經介紹了ClassLoader的一些介面和DexPathList。下麵將介紹如何一步一步將本地（可能是通過網路從服務端獲取的）dex文件動態載入到記憶體中。

1. 通過反射獲取dexElements

  1 private static Object getDexElementByClassLoader(ClassLoader classLoader) throws Exception {
  2         Class<?> classLoaderClass = Class.forName("dalvik.system.BaseDexClassLoader");
  3         Field pathListField = classLoaderClass.getDeclaredField("pathList");
  4         pathListField.setAccessible(true);
  5         Object pathList = pathListField.get(classLoader);
  6 
  7         Class<?> pathListClass = pathList.getClass();
  8         Field dexElementsField = pathListClass.getDeclaredField("dexElements");
  9         dexElementsField.setAccessible(true);
 10         Object dexElements = dexElementsField.get(pathList);
 11 
 12         return dexElements;
 13     }

2. 獲取本地dex補丁包，生成dexElement，併合併到已有的dexElements中（通過combineArray函數）

  1 public static void loadFixedDex(Context context,String path){
  2 
  3 		String optimizeDir = context.getDir("odex",Context.MODE_PRIVATE)+File.separator+"opt_dex";
  4 		File fopt = new File(optimizeDir);
  5 		if(!fopt.exists()){
  6 			fopt.mkdirs();
  7 		}
  8 		//1.載入應用程式的dex
  9 		try {
 10 			PathClassLoader pathLoader = (PathClassLoader) context.getClassLoader();
 11 				//2.載入指定的修複的dex文件。
 12 				DexClassLoader classLoader = new DexClassLoader(
 13 						path,//String dexPath,
 14 						fopt.getAbsolutePath(),//String optimizedDirectory,
 15 						null,//String libraryPath,
 16 						pathLoader//ClassLoader parent
 17 				);
 18 				//3.合併
 19 				Object path_pathList = getPathList(pathLoader);
 20 				Object dex_pathList = getPathList(classLoader);
 21 				Object path_DexElements = getDexElements(path_pathList);
 22 				Object dex_DexElements = getDexElements(dex_pathList);
 23 				//合併完成
 24 				Object dexElements = combineArray(dex_DexElements,path_DexElements);
 25 				//重寫給PathList裡面的lement[] dexElements;賦值
 26 				Object pathList = getPathList(pathLoader);
 27 				setField(pathList,pathList.getClass(),"dexElements",dexElements);
 28 
 29 		} catch (Exception e) {
 30 			e.printStackTrace();
 31 		}
 32 	}
 33

private static void setField(Object obj,Class<?> cl, String field, Object value) throws Exception {
   Field localField = cl.getDeclaredField(field);
   localField.setAccessible(true);
   localField.set(obj,value);
}

問題1：

假設class.dex中有一個bug.class出現了bug，現在希望獲通過一個fixbug.class生成了一個補丁包patch.dex。如果我們APP初始化的時候就載入pathc.dex 不會出現問題，下次調用bug.class會優先使用patch.dex中的bug.class而不是.

總結：當代碼中已經調用了有問題的類，而沒有載入patch.dex，後續載入將不會再起作用。

問題2： CLASS_ISPREVERIFIED標記問題

如果待修複的類bug.class中沒有引用到class.dex中其它類，則bug.class不會被打上該標記，熱修複不會出現問題。

如果bug.class中引用了class.dex 情況。 // 後續有時間再補充。

實際業務使用場景：

項目本地有一套代碼邏輯，當本地代碼執行失敗後，會從服務端獲取補丁包（.dex文件）。因為提前知道補丁包的類名和介面，所以通過DexClassLoader 將補丁信息載入成一個類，然後再通過反射構造一個該類的對象。同時可以通過反射調用類裡面相關的介面了，這樣就相當於對本地的代碼進行了替換也是一種修複過程。

Class<?> clazz;
DexClassLoader dexClassLoader = new DexClassLoader(patchSaveDir + patchName,
dataDir, "", getClass().getClassLoader());
clazz = dexClassLoader.loadClass(className);
Constructor constructor = clazz.getDeclaredConstructor();
Object object = constructor.newInstance();

自此，簡單的類載入機制和熱修複就介紹完畢了！

參考：

https://www.ibm.com/developerworks/cn/java/j-lo-classloader/

https://www.jianshu.com/p/a620e368389a