一、前言
一个完整的java应用程序，当程序在运行时，即会调用该程序的一个入口函数来调用系统的相关功能，而这些功能都被封装在不同的class文件当中，所以经常要从这个class文件中要调用另外一个class文件中的方法，如果另外一个文件不存在的，则会引发系统异常。而程序在启动的时候，并不会一次性加载程序所要用的所有class文件，而是根据程序的需要，通过java的类加载机制（classloader）来动态加载某个class文件到内存当中的，从而只有class文件被载入到了内存之后，才能被其它class所引用。所以classloader就是用来动态加载class文件到内存当中用的。
android平台上虚拟机运行的是dex字节码,一种对class文件优化的产物,传统class文件是一个java源码文件会生成一个.class文件，而android是把所有class文件进行合并，优化，然后生成一个最终的class.dex,目的是把不同class文件重复的东西只需保留一份,如果我们的android应用不进行分dex处理,最后一个应用的apk只会有一个dex文件。
二、java 中的 classloader
bootstrapclassloader
负责加载 jvm 运行时的核心类，比如 java_home/lib/rt.jar 等等
extensionclassloader
负责加载 jvm 的扩展类，比如 java_home/lib/ext 下面的 jar 包
appclassloader
负责加载 classpath 里的 jar 包和目录
三、android 中的 classloader
bootclassloader
负责 android系统启动时会使用bootclassloader来预加载常用类，与java中的bootstrap classloader不同的是，它并不是由c/c++代码实现，而是由java实现的。bootclassloader是classloader的一个内部类。
pathclassloader
负责加载已经安装的apk，也就是/data/app/package 下的apk文件，也可以加载/vendor/lib, /system/lib下的nativelibrary
dexclassloader
负责加载可以加载一个未安装的apk文件。
四、双亲委派机制
每一个 classloader 中都有一个 parent 对象，代表的是父类加载器，在加载一个类的时候，会先使用父类加载器去加载，如果在父类加载器中没有找到，自己再进行加载，如果 parent 为空，那么就用系统类加载器来加载。通过这样的机制可以保证系统类都是由系统类加载器加载的。 下面是 classloader 的 loadclass 方法的具体实现。
protected class<?> loadclass(string name, boolean resolve)
throws classnotfoundexception
{
// first, check if the class has already been loaded
class<?> c = findloadedclass(name);
if (c == null) {
try {
if (parent != null) {
// 先从父类加载器中进行加载
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
}
if (c == null) {
// 没有找到，再自己加载
c = findclass(name);
}
}
return c;
}
五、源码分析
1.现在我们看下 basedexclassloader 继承自classloader
public class basedexclassloader extends classloader{
...
//存放需要加载的dexlist
private final dexpathlist pathlist;
/**
*
* @param dexpath 需要加载的dex文件所在的路径
* @param optimizeddirectory android系统将dex文件进行优化后所生成的odex文件的存放路径，该路径必须是一个内部存储路径。
* @param librarysearchpath 目标类所使用的c、c++库存放的路径
* @param parent 该加载器的父加载器，一般为当前执行类的加载器
*/
public basedexclassloader(string dexpath, file optimizeddirectory,
string librarysearchpath, classloader parent) {
this(dexpath, optimizeddirectory, librarysearchpath, parent, false);
}
/**
*
* @param dexpath
* @param optimizeddirectory
* @param librarysearchpath
* @param parent
* @param istrusted 是否已信任，关系到是否可调用隐藏api
*/
public basedexclassloader(string dexpath, file optimizeddirectory,
string librarysearchpath, classloader parent, boolean istrusted) {
super(parent);
this.pathlist = new dexpathlist(this, dexpath, librarysearchpath, null, istrusted);
...
}
/**
*
* @param dexfiles 字节缓存数组的dex文件
* @param parent 该加载器的父加载器
*/
public basedexclassloader(bytebuffer[] dexfiles, classloader parent) {
// todo we should support giving this a library search path maybe.
super(parent);
this.pathlist = new dexpathlist(this, dexfiles);
}
/**
* 通过完整的类名寻找对应的类
* @param name 传入一个完整的类名
* @return
* @throws classnotfoundexception
*/
@override
protected class<?> findclass(string name) throws classnotfoundexception {
list<throwable> suppressedexceptions = new arraylist<throwable>();
//1 在pathlist中寻找name对应的类
class c = pathlist.findclass(name, suppressedexceptions);
// 如果未找到此类，则抛出异常
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;
}
}
pathclassloader 和dexclassloader: 继承自basedexclassloader
public class pathclassloader extends basedexclassloader {
/**
*
* @param dexpath dex文件路径集合
* @param parent 父加载器
*/
public pathclassloader(string dexpath, classloader parent) {
//调用父类basedexclassloader 四参构造方法
super(dexpath, null, null, parent);
}
/**
*
* @param dexpath dex文件路径集合
* @param librarysearchpath 包含 c/c++库的路径集合，多个路径用文件分隔符分隔分割，可以为null
* @param parent 父加载器
*/
public pathclassloader(string dexpath, string librarysearchpath, classloader parent) {
//调用父类basedexclassloader 四参构造方法
super(dexpath, null, librarysearchpath, parent);
}
}
public class dexclassloader extends basedexclassloader {
/**
*
* @param dexpath dex文件路径集合，多个路径用文件分隔符分隔，默认文件分隔符为":"
* @param 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，一般情况下使用当前应用程序的私有路径
* @param librarysearchpath 包含 c/c++ 库的路径集合，多个路径用文件分隔符分隔分割，可以为null
* @param parent 父加载器
*/
public dexclassloader(string dexpath, string optimizeddirectory,
string librarysearchpath, classloader parent) {
// 调用父类basedexclassloader 四参构造方法，在api26以上，librarysearchpath参数已弃用，使用此方法
super(dexpath, null, librarysearchpath, parent);
// api26及以下使用此方法
// super(dexpath, new file(optimizeddirectory), librarysearchpath, parent);
}
}
我们看1 处 pathlist 的 findclass 是如何查找的
/*package*/ final class dexpathlist {
private static final string dex_suffix = ".dex";
private static final string zipseparator = "!/";
private final classloader definingcontext;
// dex/resource 存放dex的数组
private element[] dexelements;
// 存放本地库文件的列表
private final list<file> nativelibrarydirectories;
// 存放系统本地库文件的列表
private final list<file> systemnativelibrarydirectories;
// 存放创建dexelement列表时引发异常的列表
private ioexception[] dexelementssuppressedexceptions;
dexpathlist(classloader definingcontext, string dexpath,
string librarysearchpath, file optimizeddirectory, boolean istrusted) {
...
this.definingcontext = definingcontext; //basedexclassloader构造器中会传入其本身
arraylist<ioexception> suppressedexceptions = new arraylist<ioexception>();
// 通过dexpath路径使用分隔符将其转换成dexelements列表
this.dexelements = makedexelements(splitdexpath(dexpath), optimizeddirectory,
suppressedexceptions, definingcontext, istrusted);
...
}
// 为本地库搜索路径生成一个directory/zip path元素数组
private static element[] makedexelements(list<file> files, file optimizeddirectory,
list<ioexception> suppressedexceptions, classloader loader, boolean istrusted) {
element[] elements = new element[files.size()];
int elementspos = 0;
for (file file : files) {
if (file.isdirectory()) { //如果是文件夹，则直接添加至elements
elements[elementspos++] = new element(file);
} else if (file.isfile()) { //如果是文件
string name = file.getname();
dexfile dex = null;
//是否为 .dex 文件
if (name.endswith(dex_suffix)) {
// raw dex file (not inside a zip/jar).
try {
//如果是 dex 文件，则加载这个文件
dex = loaddexfile(file, optimizeddirectory, loader, elements);
if (dex != null) {
//将dex 文件保存,注意第二个参数传的底 null
elements[elementspos++] = new element(dex, null);
}
} catch (ioexception suppressed) {
system.loge("unable to load dex file: " + file, suppressed);
suppressedexceptions.add(suppressed);
}
} else {
//如果不是目录且不是 .dex 结尾的，那么他可能是 jar。加载这个文件
dex = loaddexfile(file, optimizeddirectory, loader, elements);
if (dex == null) {
elements[elementspos++] = new element(file);
} else {
// 保存dex 文件 和 当前的 file，这种情况下可能是 jar，具体可以看这个构造方法
elements[elementspos++] = new element(dex, file);
}
if (dex != null && istrusted) { //如果dex对象不为空且是允许信任状态
dex.settrusted(); // 将此dex对象设置为已信任，它可以访问平台的隐藏api
}
} else {
system.logw("classloader referenced unknown path: " + file);
}
}
if (elementspos != elements.length) {
elements = arrays.copyof(elements, elementspos);
}
return elements;
}
public class<?> findclass(string name, list<throwable> suppressed) {
// 遍历dex列表
for (element element : dexelements) {
//2
class<?> clazz = element.findclass(name, definingcontext, suppressed);
//如果找到我们需要的name类，直接返回当前clazz
if (clazz != null) {
return clazz;
}
}
if (dexelementssuppressedexceptions != null) {
suppressed.addall(arrays.aslist(dexelementssuppressedexceptions));
}
return null;
}
}
看注释2处 此时会通过makedexelements方法生成一个element数组，紧接着当前类中的findclass方法又会调用dexpathlist中的element类的findclass方法。
static class element {
private final file path;
private final dexfile dexfile;
private classpathurlstreamhandler urlhandler;
private boolean initialized;
...
...
public class<?> findclass(string name, classloader definingcontext,list<throwable> suppressed) {
// 3 通过loadclassbinaryname方法寻找name类，找到即返回它，否则返回null
return dexfile != null ? dexfile.loadclassbinaryname(name, definingcontext, suppressed)
: null;
}
}
注释3 处 通过loadclassbinaryname 最后调用native层 defineclassnative的方法 分析到这里可以看出，最终进行class字节码的加载操作，是通过底层的native方法来完成的。
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