1 Android中的ClassLoader

Java中的ClassLoader是加载class文件，而Android中的虚拟机无论是dvm还是art都只能识别dex文件。因此Java中的ClassLoader在Android中不适用。Android中的java.lang.ClassLoader这个类也不同于Java中的java.lang.ClassLoader。
Android中的ClassLoader类型也可分为系统ClassLoader和自定义ClassLoader。其中系统ClassLoader包括3种分别是：

BootClassLoader，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，全名是dalvik/system.PathClassLoader，可以加载已经安装的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，全名是dalvik/system.DexClassLoader，可以加载一个未安装的apk文件。

PathClassLoader和DexClasLoader都是继承自 dalviksystem.BaseDexClassLoader，它们的类加载逻辑全部写在BaseDexClassLoader中。
下图展示了Android中的ClassLoader中的继承体系，其中SecureClassLoader和UrlClassLoader是在Java中的类加载器，在Android中是没法办使用的。

Android中的ClassLoader.png

在MainActivity中打印当前的ClassLoader，

public class MainActivity extends AppCompatActivity {    @Override    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {        super.onCreate(savedInstanceState);        setContentView(R.layout.activity_main);        ClassLoader classLoader = getClassLoader();        while (classLoader != null) {            System.out.println("classLoader: " + classLoader);            classLoader = classLoader.getParent();        }    }}

结果如下：

dalvik.system.PathClassLoader[DexPathList[[zip file "/data/app/com.sososeen09.classloadtest-1/base.apk"],nativeLibraryDirectories=[/vendor/lib, /system/lib]]]java.lang.BootClassLoader@aced87d

从打印的结果也可以证实：App系统类加载器是PathClassLoader，而BootClassLoader是其parent类加载器。

2 ClassLoader源码分析

在Android中我们主要关心的是PathClassLoader和DexClassLoader。
PathClassLoader用来操作本地文件系统中的文件和目录的集合。并不会加载来源于网络中的类。Android采用这个类加载器一般是用于加载系统类和它自己的应用类。这个应用类放置在data/data/包名下。
看一下PathClassLoader的源码，只有2个构造方法：

package dalvik.system;public class PathClassLoader extends BaseDexClassLoader {    public PathClassLoader(String dexPath, ClassLoader parent) {        super(dexPath, null, null, parent);    }    public PathClassLoader(String dexPath, String libraryPath,            ClassLoader parent) {        super(dexPath, null, libraryPath, parent);    }}

DexClassLoader可以加载一个未安装的APK，也可以加载其它包含dex文件的JAR/ZIP类型的文件。DexClassLoader需要一个对应用私有且可读写的文件夹来缓存优化后的class文件。而且一定要注意不要把优化后的文件存放到外部存储上，避免使自己的应用遭受代码注入攻击。看一下它的源码，只有1个构造方法:

package dalvik.system;import java.io.File;public class DexClassLoader extends BaseDexClassLoader {    public DexClassLoader(String dexPath, String optimizedDirectory,            String libraryPath, ClassLoader parent) {        super(dexPath, new File(optimizedDirectory), libraryPath, parent);    }}

可以看到，PathClassLoader和DexClassLoader除了构造方法传参不同，其它的逻辑都是一样的。要注意的是DexClassLoader构造方法第2个参数指的是dex优化缓存路径，这个值是不能为空的。而PathClassLoader对应的dex优化缓存路径为null是因为Android系统自己决定了缓存路径。

先提前漏一嘴，Android中具体负责类加载的并不是哪个ClassLoader，而是通过DexFile的defineClassNative()方法来加载的。

接下来我们看一下BaseDexClassLoader这个类：

BaseDexClassLoader的构造方法有四个参数：

dexPath，指的是在Androdi包含类和资源的jar/apk类型的文件集合，指的是包含dex文件。多个文件用“：”分隔开，用代码就是File.pathSeparator。
optimizedDirectory，指的是odex优化文件存放的路径，可以为null，那么就采用默认的系统路径。
libraryPath，指的是native库文件存放目录，也是以“：”分隔。
parent，parent类加载器

可以看到，在BaseDexClassLoader类中初始化了DexPathList这个类的对象。这个类的作用是存放指明包含dex文件、native库和优化目录。

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

dalvik.system.DexPathList封装了dex路径，是一个final类，而且访问权限是包权限，也就是说外界不可继承，也不可访问这个类。
BaseDexClassLoader在其构造方法中初始化了DexPathList对象，我们来看一下DexPathList的源码，我们需要重点关注一下它的成员变量dexElements，它是一个Element[]数组，是包含dex的文件集合。Element是DexPathList的一个静态内部类。DexPathList的构造方法有4个参数。从其构造方法中也可以看到传递过来的classLoade对象和dexPath不能为null，否则就抛出空指针异常。

# dalvik.system.DexPathListprivate final Element[] dexElements;public DexPathList(ClassLoader definingContext, String dexPath,        String libraryPath, File optimizedDirectory) {    if (definingContext == null) {        throw new NullPointerException("definingContext == null");    }    if (dexPath == null) {        throw new NullPointerException("dexPath == null");    }    if (optimizedDirectory != null) {        if (!optimizedDirectory.exists())  {            throw new IllegalArgumentException(                    "optimizedDirectory doesn't exist: "                    + optimizedDirectory);        }        // 如果文件不是可读可写的也会抛出异常        if (!(optimizedDirectory.canRead()                        && optimizedDirectory.canWrite())) {            throw new IllegalArgumentException(                    "optimizedDirectory not readable/writable: "                    + optimizedDirectory);        }    }    this.definingContext = definingContext;    ArrayList suppressedExceptions = new ArrayList();    // 通过makeDexElements方法来获取Element数组    // splitDexPath(dexPath)方法是用来把我们之前按照“：”分隔的路径转为File集合。    this.dexElements = makeDexElements(splitDexPath(dexPath), optimizedDirectory,                                       suppressedExceptions);    if (suppressedExceptions.size() > 0) {        this.dexElementsSuppressedExceptions =            suppressedExceptions.toArray(new IOException[suppressedExceptions.size()]);    } else {        dexElementsSuppressedExceptions = null;    }    this.nativeLibraryDirectories = splitLibraryPath(libraryPath);}

makeDexElements方法的作用是获取一个包含dex文件的元素集合。

# dalvik.system.DexPathListprivate static Element[] makeDexElements(ArrayList files, File optimizedDirectory,                                         ArrayList suppressedExceptions) {    ArrayList elements = new ArrayList();    // 遍历打开所有的文件并且加载直接或者间接包含dex的文件。    for (File file : files) {        File zip = null;        DexFile dex = null;        String name = file.getName();        if (file.isDirectory()) {            // We support directories for looking up resources.            // This is only useful for running libcore tests.            // 可以发现它是支持传递目录的，但是说只测试libCore的时候有用            elements.add(new Element(file, true, null, null));        } else if (file.isFile()){            // 如果文件名后缀是.dex，说明是原始dex文件            if (name.endsWith(DEX_SUFFIX)) {                // Raw dex file (not inside a zip/jar).                try {                    //调用loadDexFile()方法，加载dex文件，获得DexFile对象                    dex = loadDexFile(file, optimizedDirectory);                } catch (IOException ex) {                    System.logE("Unable to load dex file: " + file, ex);                }            } else {                // dex文件包含在其它文件中                zip = file;                try {                    // 同样调用loadDexFile()方法                    dex = loadDexFile(file, optimizedDirectory);                } catch (IOException suppressed) {                    // 和加载纯dex文件不同的是，会把异常添加到异常集合中                    /*                     * IOException might get thrown "legitimately" by the DexFile constructor if                     * the zip file turns out to be resource-only (that is, no classes.dex file                     * in it).                     * Let dex == null and hang on to the exception to add to the tea-leaves for                     * when findClass returns null.                     */                    suppressedExceptions.add(suppressed);                }            }        } else {            System.logW("ClassLoader referenced unknown path: " + file);        }        // 如果zip或者dex二者一直不为null，就把元素添加进来        // 注意，现在添加进来的zip存在不为null也不包含dex文件的可能。        if ((zip != null) || (dex != null)) {            elements.add(new Element(file, false, zip, dex));        }    }    return elements.toArray(new Element[elements.size()]);}

通过上面的代码也可以看到，加载一个dex文件调用的是loadDexFile()方法。

# dalvik.system.DexPathListprivate static DexFile loadDexFile(File file, File optimizedDirectory)        throws IOException {    // 如果缓存存放目录为null就直接创建一个DexFile对象返回    if (optimizedDirectory == null) {        return new DexFile(file);    } else {        // 根据缓存存放目录和文件名得到一个优化后的缓存文件路径        String optimizedPath = optimizedPathFor(file, optimizedDirectory);        // 调用DexFile的loadDex()方法来获取DexFile对象。        return DexFile.loadDex(file.getPath(), optimizedPath, 0);    }}

DexFile的loadDex()方法如下，内部也做了一些调用。抛开这些细节来讲，它的作用就是加载DexFile文件，而且会把优化后的dex文件缓存到对应目录。

# dalvik.system.DexFile static public DexFile loadDex(String sourcePathName, String outputPathName,    int flags) throws IOException {    /*     * TODO: we may want to cache previously-opened DexFile objects.     * The cache would be synchronized with close().  This would help     * us avoid mapping the same DEX more than once when an app     * decided to open it multiple times.  In practice this may not     * be a real issue.     */    //loadDex方法内部就是调用了DexFile的一个构造方法    return new DexFile(sourcePathName, outputPathName, flags);}private DexFile(String sourceName, String outputName, int flags) throws IOException {    if (outputName != null) {        try {            String parent = new File(outputName).getParent();            if (Libcore.os.getuid() != Libcore.os.stat(parent).st_uid) {                throw new IllegalArgumentException("Optimized data directory " + parent                        + " is not owned by the current user. Shared storage cannot protect"                        + " your application from code injection attacks.");            }        } catch (ErrnoException ignored) {            // assume we'll fail with a more contextual error later        }    }    mCookie = openDexFile(sourceName, outputName, flags);    mFileName = sourceName;    guard.open("close");    //System.out.println("DEX FILE cookie is " + mCookie + " sourceName=" + sourceName + " outputName=" + outputName);}private static long openDexFile(String sourceName, String outputName, int flags) throws IOException {    // Use absolute paths to enable the use of relative paths when testing on host.    return openDexFileNative(new File(sourceName).getAbsolutePath(),                             (outputName == null) ? null : new File(outputName).getAbsolutePath(),                             flags);}private static native long openDexFileNative(String sourceName, String outputName, int flags);

分析到这，我们可以小结一下：在BaseDexClassLoader对象构造方法内，创建了PathDexList对象。而在PathDexList构造方法内部，通过调用一系列方法，把直接包含或者间接包含dex的文件解压缩并缓存优化后的dex文件，通过PathDexList的成员变量 Element[] dexElements来指向这个文件。

到此我们就分析完了BaseDexClassLoader的构造方法。

我们在之前讲Java类加载器的时候已经说了，类加载是按需加载，也就是说当明确需要使用class文件的时候才会加载。我们来看一下在Android中ClassLoader的loadeClass()方法。
与在Java中的loadClass()方法主要流程是类似的，不过因为Android中BootClassLoader是用Java代码写的，所以可以直接当作系统类加载器的parent类加载器。在Android中如果parent类加载器找不到类，最终还是会调用ClassLoader对象自己的findClass()方法。这个与在Java中逻辑是一样的。

protected Class<?> loadClass(String className, boolean resolve) throws ClassNotFoundException {    Class<?> clazz = findLoadedClass(className);    if (clazz == null) {        ClassNotFoundException suppressed = null;        try {            clazz = parent.loadClass(className, false);        } catch (ClassNotFoundException e) {            suppressed = e;        }        if (clazz == null) {            try {                clazz = findClass(className);            } catch (ClassNotFoundException e) {                e.addSuppressed(suppressed);                throw e;            }        }    }    return clazz;}

我们可以去看一下BaseDexClassLoader类的findClass()方法。

# dalvik.system.BaseDexClassLoader@Overrideprotected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {    List suppressedExceptions = new ArrayList();    // 调用DexPathList对象的findClass()方法    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;}

可以看到，实际上BaseDexClassLoader调用的是其成员变量DexPathList pathList的findClass()方法。

# dalvik.system.DexPathListpublic Class findClass(String name, List suppressed) {    // 遍历Element    for (Element element : dexElements) {        // 获取DexFile，然后调用DexFile对象的loadClassBinaryName()方法来加载Class文件。        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;}

从上面的代码中我们也可以看到，实际上DexPathList最终还是遍历其自身的Element[]数组，获取DexFile对象来加载Class文件。我们之前讲DexPathList构造方法内是调用其makeDexElements()方法来创建Element[]数组的，而且也提到了如果zip文件或者dex文件二者之一不为null，就把元素添加进来，而添加进来的zip存在不为null也不包含dex文件的可能。从上面的代码中也可以看到，获取Class的时候跟这个zip文件没什么关系，调用的是dex文件对应的DexFile的方法来获取Class。

数组的遍历是有序的，假设有两个dex文件存放了二进制名称相同的Class，类加载器肯定就会加载在放在数组前面的dex文件中的Class。现在很多热修复技术就是把修复的dex文件放在DexPathList中Element[]数组的前面，这样就实现了修复后的Class抢先加载了，达到了修改bug的目的。

Android加载一个Class是调用DexFile的defineClass()方法。而不是调用ClassLoader的defineClass()方法。这一点与Java不同，毕竟Android虚拟机加载的dex文件，而不是class文件。

# dalvik.system.DexFilepublic Class loadClassBinaryName(String name, ClassLoader loader, List suppressed) {    return defineClass(name, loader, mCookie, suppressed);}private static Class defineClass(String name, ClassLoader loader, long cookie,                                 List suppressed) {    Class result = null;    try {        result = defineClassNative(name, loader, cookie);    } catch (NoClassDefFoundError e) {        if (suppressed != null) {            suppressed.add(e);        }    } catch (ClassNotFoundException e) {        if (suppressed != null) {            suppressed.add(e);        }    }    return result;}

在Android中ClassLoader的defineClass()方法已经不能用了。可以看到它的方法体里直接抛出异常了，而且在BaseDexClassLoader中也没有重写这个方法，毕竟BaseDexClassLoader加载类的逻辑已经变了。

# java.lang.ClassLoaderprotected final Class<?> defineClass(String className, byte[] classRep, int offset, int length,        ProtectionDomain protectionDomain) throws java.lang.ClassFormatError {    throw new UnsupportedOperationException("can't load this type of class file");}

好了，分析到此我们可以小结一下：
Android中加载一个类是遍历PathDexList的Element[]数组，这个Element包含了DexFile，调用DexFile的方法来获取Class文件，如果获取到了Class，就跳出循环。否则就在下一个Element中寻找Class。

3 使用DexClassLoader加载类

写一个Test类。

class Test {    public Test() {    }    public void print() {        System.out.println("this is Test Class");    }}

通过javac命令生成class文件，然后通过Android中的dex工具生成dex文件。
为了方便测试，我把生成的dex文件放在了assets文件中。

dex文件.png

测试的时候，先把assets中的classes.dex文件复制到本地一个目录。
主要代码如下：

// 1. 先把assets中的classes.dex文件复制到一个本地目录中File originDex = null;try {    InputStream open = getAssets().open("classes.dex");    File dexOutputDir = getCacheDir();    originDex = new File(dexOutputDir, "classes.dex");    FileOutputStream fileOutputStream = new FileOutputStream(originDex);    byte[] bytes = new byte[1024];    int len = 0;    while ((len = open.read(bytes)) != -1) {        fileOutputStream.write(bytes, 0, len);    }    fileOutputStream.close();    open.close();} catch (IOException e) {    e.printStackTrace();}// 2. 创建DexClassLoader加载dex文件中的类if (originDex != null) {    File dexOptimizeDir = getDir("dex", Context.MODE_PRIVATE);    String dexOutputPath = dexOptimizeDir.getAbsolutePath();    DexClassLoader dexClassLoader = new DexClassLoader(originDex.getAbsolutePath(), dexOutputPath, null, getClassLoader());    try {        Class<?> clazz = dexClassLoader.loadClass("com.sososeen09.Test");        System.out.println("loaded class: " + clazz);        System.out.println("class loader: " + clazz.getClassLoader());        System.out.println("class loader parent: " + clazz.getClassLoader().getParent());        Constructor constructor = clazz.getConstructor();        constructor.setAccessible(true);        Object o = constructor.newInstance();        Method print = clazz.getDeclaredMethod("print");        print.setAccessible(true);        print.invoke(o);    } catch (Exception e) {        e.printStackTrace();    }}

打印结果：

I/System.out: loaded class: class com.sososeen09.TestI/System.out: class loader: dalvik.system.DexClassLoader[DexPathList[[dex file "/data/data/com.sososeen09.android_basic_knowledge/cache/classes.dex"],nativeLibraryDirectories=[/vendor/lib, /system/lib]]]I/System.out: class loader parent: dalvik.system.PathClassLoader[DexPathList[[zip file "/data/app/com.sososeen09.android_basic_knowledge-2/base.apk", zip file "/data/app/com.sososeen09.android_basic_knowledge-2/split_lib_dependencies_apk.apk", zip file "/data/app/com.sososeen09.android_basic_knowledge-2/split_lib_slice_0_apk.apk", zip file "/data/app/com.sososeen09.android_basic_knowledge-2/split_lib_slice_1_apk.apk", zip file "/data/app/com.sososeen09.android_basic_knowledge-2/split_lib_slice_2_apk.apk", zip file "/data/app/com.sososeen09.android_basic_knowledge-2/split_lib_slice_3_apk.apk", zip file "/data/app/com.sososeen09.android_basic_knowledge-2/split_lib_slice_4_apk.apk", zip file "/data/app/com.sososeen09.android_basic_knowledge-2/split_lib_slice_5_apk.apk", zip file "/data/app/com.sososeen09.android_basic_knowledge-2/split_lib_slice_6_apk.apk", zip file "/data/app/com.sososeen09.android_basic_knowledge-2/split_lib_slice_7_apk.apk", zip file "/data/app/com.sososeen09.android_basic_knowledge-2/split_lib_slice_8_apk.apk", zip file "/data/app/com.sososeen09.android_basic_knowledge-2/split_lib_slice_9_apk.apk"],nativeLibraryDirectories=[/vendor/lib, /system/lib]]]I/System.out: this is Test Class

可以看到我们通过DexClassLoader对象正确的加载到了我们自己的dex文件中的类。

4 总结

Android中的类加载器是BootClassLoader、PathClassLoader、DexClassLoader，其中BootClassLoader是虚拟机加载系统类需要用到的，PathClassLoader是App加载自身dex文件中的类用到的，DexClassLoader可以加载直接或间接包含dex文件的文件，如APK等。

PathClassLoader和DexClassLoader都继承自BaseDexClassLoader，它的一个DexPathList类型的成员变量pathList很重要。DexPathList中有一个Element类型的数组dexElements，这个数组中存放了包含dex文件（对应的是DexFile）的元素。BaseDexClassLoader加载一个类，最后调用的是DexFile的方法进行加载的。

无论是热修复还是插件化技术中都利用了类加载机制，所以深入理解Android中的类加载机制对于理解这些技术的原理很有帮助。

参考文章

Android解析ClassLoader（二）Android中的ClassLoader
一看你就懂，超详细java中的ClassLoader详解
Android动态加载之ClassLoader详解
Android动态加载入门简单加载模式
唯一插件化Replugin源码及原理深度剖析–唯一Hook点原理
Android插件化框架系列之类加载器

类加载机制系列2——深入理解Android中的类加载器

1 Android中的ClassLoader

2 ClassLoader源码分析

3 使用DexClassLoader加载类

4 总结

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