Android动态加载dex技术初探

今天不忙，研究了下Android动态加载dex的技术，主要参考：

1、http://www.cnblogs.com/over140/archive/2011/11/23/2259367.html

2、http://www.fengyoutian.com/web/single/13

好歹算是跑通了。下面把实现过程与遇到的问题归纳下，方便后续查找使用。

一、综述

Android使用Dalvik虚拟机加载可执行程序，所以不能直接加载基于class的jar，而是需要将class转化为dex字节码，从而执行代码。优化后的字节码文件可以存在一个*.jar中，只要其内部存放的是*.dex即可使用。

将class的jar包转化为dex需要用到命令dx（在*\android-sdk\build-tools\version[23.0.1] 或*\android-sdk\platform-tools下能找到）;命令使用方式为：dx --dex --output=output.jar origin.jar，该命令将包含class的origin.jar转化为包含dex的output.jar文件。

Android支持动态加载的两种方式是：DexClassLoader和PathClassLoader，DexClassLoader可加载jar/apk/dex，且支持从SD卡加载；PathClassLoader据说只能加载已经安装在Android系统内APK文件，此说法我尚未验证（http://blog.csdn.net/quaful/article/details/6096951）；以下这一段是摘录：

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PathClassLoader 的限制要更多一些，它只能加载已经安装到 Android 系统中的 apk 文件，也就是 /data/app 目录下的 apk 文件。其它位置的文件加载的时候都会出现 ClassNotFoundException. 例如：

PathClassLoader cl = new PathClassLoader(jarFile.toString(), "/data/app/", ClassLoader.getSystemClassLoader());

为什么有这个限制呢？我认为这其实是当前 Android 的一个 bug, 因为 PathClassLoader 会去读取 /data/dalvik-cache 目录下的经过 Dalvik 优化过的 dex 文件，这个目录的 dex 文件是在安装 apk 包的时候由 Dalvik 生成的。例如，如果包的名字是 com.qihoo360.test，Android 应用安装之后都保存在 /data/app 目录下，即 /data/app/com.qihoo360.test-1.apk，那么 /data/dalvik-cache 目录下就会生成 data@app@com.qihoo360.test-1.apk@classes.dex 文件。在调用 PathClassLoader 时，它就会按照这个规则去找 dex 文件，如果你指定的 apk 文件是 /sdcard/test.apk，它按照这个规则就会去读 /data/dalvik-cache/sdcard@test.apk@classes.dex 文件，显然这个文件不会存在，所以 PathClassLoader 会报错。

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二、实验步骤

新建一个Android工程，并进行如下操作：

2.1 定义一个接口IShowToast.java

package com.example.testdextoast;import android.content.Context;public interface IShowToast {public int showToast(Context context);}

2.2 再定义一个简单实现ShowToastImpl.java

package com.example.testdextoast;import android.content.Context;import android.widget.Toast;public class ShowToastImpl implements IShowToast {@Overridepublic int showToast(Context context) {Toast.makeText(context, "我来自另一个dex文件", Toast.LENGTH_LONG).show();return 100;}}

2.3 将且仅将ShowToastImpl.java导出为jar（Eclipse工程右键->Export->Java->Jar file），这时候我们得到一个包含class文件的jar，命名为origin.jar。（此处按文章1说法同时导出接口IShowToast.java会报错：java.lang.IllegalAccessError: Class ref in pre-verified class resolved to unexpected implementation，但是我测试了导出接口IShowToast.java的情况，可以正常使用，没有崩溃问题。）

2.4 在命令行下，进入dx所在目录，将jar文件拷到该目录下，执行dx --dex --output=output.jar origin.jar，得到内含class.dex的output.jar

2.5 将output.jar文件放到SD卡下adb push output.jar sdcard/output.jar（或者将jar内的dex抽出来放到SD卡亦可）

2.6 开始编写调用代码

新建调用的Android工程，将IShowToast.java放入该工程，注意：此处一定不能改变此文件的包路径，否则dex中的实现类找不到接口，会报错：

java.lang.ClassNotFoundException: Didn't find class "com.example.testdextoast.ShowToastImpl" on path: DexPathList[[zip file "/storage/emulated/0/testtoast.jar"],nativeLibraryDirectories=[/vendor/lib, /system/lib]]     ...     Suppressed: java.lang.NoClassDefFoundError: Failed resolution of: Lcom/example/testdextoast/IShowToast;             ... 16 more     Caused by: java.lang.ClassNotFoundException: Didn't find class "com.example.testdextoast.IShowToast" on path: DexPathList[[zip file "/storage/emulated/0/testtoast.jar"],nativeLibraryDirectories=[/vendor/lib, /system/lib]]             ... 21 more             Suppressed: java.lang.ClassNotFoundException: Didn't find class "com.example.testdextoast.IShowToast" on path: DexPathList[[zip file "/data/app/com.example.testshowtoastdex-1/base.apk"],nativeLibraryDirectories=[/vendor/lib, /system/lib]]                     ... 22 more                     Suppressed: java.lang.ClassNotFoundException: com.example.testdextoast.IShowToast                             ... 23 more                     Caused by: java.lang.NoClassDefFoundError: Class not found using the boot class loader; no stack available     Suppressed: java.lang.ClassNotFoundException: Didn't find class "com.example.testdextoast.ShowToastImpl" on path: DexPathList[[zip file "/data/app/com.example.testshowtoastdex-1/base.apk"],nativeLibraryDirectories=[/vendor/lib, /system/lib]]             ... 15 more             Suppressed: java.lang.ClassNotFoundException: com.example.testdextoast.ShowToastImpl                     ... 16 more             Caused by: java.lang.NoClassDefFoundError: Class not found using the boot class loader; no stack available

测试工程代码如下：

package com.example.testshowtoastdex;import java.io.File;import com.example.testdextoast.IShowToast;import dalvik.system.DexClassLoader;import android.app.Activity;import android.os.Bundle;import android.os.Environment;import android.util.Log;public class MainActivity extends Activity {@Overrideprotected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {super.onCreate(savedInstanceState);setContentView(R.layout.activity_main);File dexOutputDir = getDir("dex1", 0);String dexPath = Environment.getExternalStorageDirectory().toString() + File.separator + "output.jar";DexClassLoader loader = new DexClassLoader(dexPath, dexOutputDir.getAbsolutePath(), null, getClassLoader());try {Class clz = loader.loadClass("com.example.testdextoast.ShowToastImpl");IShowToast impl = (IShowToast) clz.newInstance();impl.showToast(this);} catch (Exception e) {Log.d("TEST111", "error happened", e);}}}

此处需要注意DexClassLoader的四个参数：

参数1dexPath：待加载的dex文件路径，如果是外存路径，一定要加上读外存文件的权限（<uses-permission android:name="android.permission.READ_EXTERNAL_STORAGE"/>），否则会报与上面一样的错误，这点参考文章2中说这个权限可有可无是错误的。(更正下：Android4.4 KitKat及以后的版本需要此权限，之前的版本不需要权限)

参数2optimizedDirectory：解压后的dex存放位置，此位置一定要是可读写且仅该应用可读写（安全性考虑），所以只能放在data/data下。本文getDir("dex1", 0)会在/data/data/**package/下创建一个名叫”app_dex1“的文件夹，其内存放的文件是自动生成output.dex；如果不满足条件，Android会报的错误为：

java.lang.IllegalArgumentException: optimizedDirectory not readable/writable: /storage/sdcard0

java.lang.IllegalArgumentException: Optimized data directory /storage/sdcard0 is not owned by the current user. Shared storage cannot protect your application from code injection attacks.

参数3libraryPath：指向包含本地库(so)的文件夹路径，可以设为null

参数4parent：父级类加载器，一般可以通过Context.getClassLoader获取到，也可以通过ClassLoader.getSystemClassLoader()取到。

三、执行结果

上述步骤完成后就能调用到ShowToastImpl中方法并展示一个Toast，动态加载dex的皮毛已经了解了。另外文章1谈到”在实践中发现，自己新建一个Java工程然后导出jar是无法使用的“，这点经测试是不正确了，在Java工程中导出的class也可以被转化为dex并加载。导出jar的操作步骤见上文。

package com.example.testdextoast;public interface IShowToast {public String getToast();}

public class ShowToastImpl implements IShowToast {@Overridepublic String getToast() {return "我来自另一个dex文件";}}

package com.example.testshowtoastdex;

import java.io.File;import com.example.testdextoast.IShowToast;import dalvik.system.DexClassLoader;import android.app.Activity;import android.os.Bundle;import android.os.Environment;import android.util.Log;import android.widget.Toast;public class MainActivity extends Activity {@Overrideprotected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {super.onCreate(savedInstanceState);setContentView(R.layout.activity_main);File dexOutputDir = getDir("dex1", 0);String dexPath = Environment.getExternalStorageDirectory().toString() + File.separator + "output.dex";DexClassLoader loader = new DexClassLoader(dexPath, dexOutputDir.getAbsolutePath(), null, getClassLoader());try {Class clz = loader.loadClass("com.example.testdextoast.ShowToastImpl");IShowToast impl = (IShowToast) clz.newInstance();Toast.makeText(this, "来自Java包1：" + impl.getToast(), Toast.LENGTH_SHORT).show();} catch (Exception e) {Log.d("TEST111", "error happened", e);}}}

这段代码弹出的Toast是：”来自Java包1：我来自另一个dex文件“，说明java工程也是可以导出class转为dex的。我估计原文意思是java工程生成的可执行jar文件不能使用。

四、补充

1、如何在不安装APK的情况下调用其内部的Activity？

http://blog.zhourunsheng.com/2011/09/%E6%8E%A2%E7%A7%98%E8%85%BE%E8%AE%AFandroid%E6%89%8B%E6%9C%BA%E6%B8%B8%E6%88%8F%E5%B9%B3%E5%8F%B0%E4%B9%8B%E4%B8%8D%E5%AE%89%E8%A3%85%E6%B8%B8%E6%88%8Fapk%E7%9B%B4%E6%8E%A5%E5%90%AF%E5%8A%A8%E6%B3%95/

核心思想是反射目标APK中的Activity，构造完成后将当前应用的Context传入到目标APK中使其具有上下文环境。

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