Android动态载入Dex机制解析

1.什么是类载入器？

类载入器（class loader）是 Java™中的一个非常重要的概念。类载入器负责载入 Java 类的字节代码到 Java 虚拟机中。

Java 虚拟机使用 Java 类的方式例如以下：Java 源程序（.java 文件）在经过 Java 编译器编译之后就被转换成 Java 字节代码（.class 文件）。类载入器负责读取 Java 字节代码，并转换成java.lang.Class类的一个实例。每一个这种实例用来表示一个 Java 类。通过此实例的 newInstance()方法就能够创建出该类的一个对象。实际的情况可能更加复杂。比方 Java 字节代码可能是通过工具动态生成的，也可能是通过网络下载的。

基本上全部的类载入器都是 java.lang.ClassLoader类的一个实例，须要了解ClassLoader能够參考这篇文章深入ClasssLoader

2.Dalvik虚拟机类载入机制

Dalvik虚拟机如同其它Java虚拟机一样。在执行程序时首先须要将相应的类载入到内存中。

而在Java标准的虚拟机中。类载入能够从class文件里读取。也能够是其它形式的二进制流，因此。我们经常利用这一点，在程序执行时手动载入Class，从而达到代码动态载入执行的目的，可是Dalvik虚拟机毕竟不算是标准的Java虚拟机，因此在类载入机制上。它们有同样的地方。也有不同之处。

我们先看下以下这张关于Android Classload机制的图。

与JVM不同，Dalvik的虚拟机不能用ClassCload直接载入.dex，Android从ClassLoader派生出了两个类：DexClassLoader和PathClassLoader；而这两个类就是我们载入dex文件的关键，这两者的差别是：

1.DexClassLoader：能够载入jar/apk/dex。能够从SD卡中载入未安装的apk；

2.PathClassLoader：要传入系统中apk的存放Path，所以仅仅能载入已经安装的apk文件。

关于Android 动态载入基础 ClassLoader工作机制大家能够參考这里：https://segmentfault.com/a/1190000004062880。

准备工作開始

一、打开Android studio 新建project：

project文件夹是这种：

动态载入进来的class怎样使用，一般有2种办法，一种是使用反射调用。这样的我不多做介绍；另一种是使用接口编程的方式来调用相应的方法，毕竟.dex文件也是我们自己维护的。所以能够把方法抽象成公共接口，把这些接口也拷贝到主项目里面去，就能够通过这些接口调用动态载入得到的实例的方法了。

接下来我们源代码包以下新建一个包名称是dynamic，然后在dynamic下新建一个interface接口Dynamic。里面有个接口方法，就叫sayHello()吧，返回一个String，到时候我们能够通过Toast弹出来，Dynamic.java：

package wangyang.zun.com.mydexdemo.dynamic;

/**
 * Created by WangYang on 2016/3/11.
 */
public interface Dynamic {
    String sayHello();
}

接着我们新建一个impl包。并实现Dynamic接口，DynamicImpl.java：

package wangyang.zun.com.mydexdemo.dynamic.impl;

import wangyang.zun.com.mydexdemo.dynamic.Dynamic;

/**
 * Created by WangYang on 2016/3/11.
 */
public class DynamicImpl implements Dynamic {

    @Override
    public String sayHello() {
        return new StringBuilder(getClass().getName()).append(" is loaded by DexClassLoader").toString();
    }
}

非常easy输出一句话，"DynamicImpl is loaded by DexClassLoader."

详细的project文件夹例如以下图：

点击Build -> make project。这时候会在build\intermediates\classes\debug文件夹下生成相应的classes文件。

好了我们要把DynamicImpl这个class转换成Dalvik可识别的dex文件，分两步：

1.先导出DynamicImpl这个类为jar包的形式。

2.通过android sdk自带的dx.jar工具转换jar包为dex文件。

完毕第一步。当时遇到点麻烦。因为eclipse是基于ant而且有可视化工具，能够直接导出指定文件的jar包。可是android studio不行，那怎么办呢？

我们能够通过gradle task来打包，打开app文件夹下的build.gradle文件，切记不是根文件夹的build.gradle文件，加上下面代码：

//删除dynamic.jar包任务
task clearJar(type: Delete) {
    delete 'libs/dynamic.jar'
}

//打包任务
task makeJar(type:org.gradle.api.tasks.bundling.Jar) {
    //指定生成的jar名
    baseName 'dynamic'
    //从哪里打包class文件
    from('build/intermediates/classes/debug/wangyang/zun/com/mydexdemo/dynamic/')
    //打包到jar后的文件夹结构
    into('wangyang/zun/com/mydexdemo/dynamic/')
    //去掉不须要打包的文件夹和文件
    exclude('test/', 'Dynamic.class', 'BuildConfig.class', 'R.class')
    //去掉R$开头的文件
    exclude{ it.name.startsWith('R$');}
}
makeJar.dependsOn(clearJar, build)

打开AS的 terminal窗体: cd app进入app文件夹，运行gradle makeJar，然后等待直到出现Build Successfully，这时会在build文件夹下出现libs/dynamic.jar文件。这个文件就是我们要用的jar包，我们能够使用jd-gui打开看下是不是仅仅有DynamicImpl这个class。

第二步，使用sdk提供的dx.jar将导出的dynamic.jar转换成Dalvik可识别的dex格式。新版的sdk已经将dx.jar放到build-tools\23.0.2\lib文件夹下。我们在dos下或者在Android studio terminal以下进入到此文件夹，然后执行以下的命令：

dx --dex --output=dynamic_dex.jar dynamic.jar

output是你的输出文件夹，默认就是在当前的根文件夹下，运行完毕后我们就在当前文件夹下生成了Davilk虚拟机可运行的dex文件。由于这条命令同一时候会打包dex文件，因此后缀是jar。我们用jd-gui打开dynamic.jar和dynamic_dex.jar这两个文件，看下他们有的结构。

能够看到，打包后的文件事实上是一个classes.dex文件，眼下为止我们要做的工作已经准备就绪了，接下来就是要在demo中使用这个dex文件。

二、删除刚刚新建的impl包以及包内的文件：

由于等下我们要使用的是dex以下的IDynamic实现类。所以我们须要删除当前project下的IDynamic.java文件和impl包，避免执行时出错。

同一时候，我们要把刚刚生成的dynamic_dex.jar文件放到assets文件夹下，等下须要把它copy到app/data下使用。删除后的整个project文件夹例如以下：

FileUtils类是从assets文件夹下copy文件到app/data/cache文件夹。源代码例如以下：

public class FileUtils {

    public static void copyFiles(Context context, String fileName, File desFile) {
        InputStream in = null;
        OutputStream out = null;
        try {
            in = context.getApplicationContext().getAssets().open(fileName);
            out = new FileOutputStream(desFile.getAbsolutePath());
            byte[] bytes = new byte[1024];
            int i;
            while ((i = in.read(bytes)) != -1)
                out.write(bytes, 0 , i);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }finally {
            try {
                if (in != null)
                    in.close();
                if (out != null)
                    out.close();
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }

        }
    }

    public static boolean hasExternalStorage() {
        return Environment.getExternalStorageState().equals(Environment.MEDIA_MOUNTED);
    }

    /**
     * 获取缓存路径
     *
     * @param context
     * @return 返回缓存文件路径
     */
    public static File getCacheDir(Context context) {
        File cache;
        if (hasExternalStorage()) {
            cache = context.getExternalCacheDir();
        } else {
            cache = context.getCacheDir();
        }
        if (!cache.exists())
            cache.mkdirs();
        return cache;
    }

}

打开MainActivity：

public class MainActivity extends AppCompatActivity {

    private Dynamic dynamic;

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);
        //加入一个点击事件
        findViewById(R.id.tx).setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
            @Override
            public void onClick(View v) {
                loadDexClass();
            }
        });
    }

    /**
     * 载入dex文件里的class，并调用当中的sayHello方法
     */
    private void loadDexClass() {
        File cacheFile = FileUtils.getCacheDir(getApplicationContext());
        String internalPath = cacheFile.getAbsolutePath() + File.separator + "dynamic_dex.jar";
        File desFile = new File(internalPath);
        try {
            if (!desFile.exists()) {
                desFile.createNewFile();
                FileUtils.copyFiles(this, "dynamic_dex.jar", desFile);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        //以下開始载入dex class
        DexClassLoader dexClassLoader = new DexClassLoader(internalPath, cacheFile.getAbsolutePath(), null, getClassLoader());
        try {
            Class libClazz = dexClassLoader.loadClass("wangyang.zun.com.mydexdemo.dynamic.impl.IDynamic");
            dynamic = (Dynamic) libClazz.newInstance();
            if (dynamic != null)
                Toast.makeText(this, dynamic.sayHelloy(), Toast.LENGTH_LONG).show();
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

}

程序执行的效果图例如以下：

至此，我们关于Android Dex动态载入机制的原理说到这里。接下来我会分析下通过Dex实现热修复的基本原理。

Demo源代码地址：https://github.com/wy353208214/MyDexDemo