Java中类加载器ClassLoader的详细介绍 附实例代码
2021-07-30 10:11:50
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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。
到此，本篇关于 Java 类加载器 ClassLoader 详细内容的文章就介绍结束了，想要了解更多相关 Java 类加载器 ClassLoader 的其他内容请搜索W3Cschool以前的文章或继续浏览下面的相关文章希望大家以后多多支持我们！