Android解析ClassLoader（二）Android中的ClassLoader

前言

在上一篇文章我们学习了Java的ClassLoader，很多同学会把Java和Android的ClassLoader搞混，甚至会认为Android中的ClassLoader和Java中的ClassLoader是一样的，这显然是不对的。这一篇文章我们就来学习Android中的ClassLoader，来看看它和Java中的ClassLoader有何不同。

1.ClassLoader的类型

我们知道Java中的ClassLoader可以加载jar文件和Class文件（本质是加载Class文件），这一点在Android中并不适用，因为无论是DVM还是ART它们加载的不再是Class文件，而是dex文件，这就需要重新设计ClassLoader相关类，我们先来学习ClassLoader的类型。 Android中的ClassLoader类型和Java中的ClassLoader类型类似，也分为两种类型，分别是系统ClassLoader和自定义ClassLoader。其中系统ClassLoader包括三种分别是BootClassLoader、PathClassLoader和DexClassLoader。

1.1 BootClassLoader

Android系统启动时会使用BootClassLoader来预加载常用类，与Java中的BootClassLoader不同，它并是由C/C++代码实现，而是由Java实现的，BootClassLoade的代码如下所示。 libcore/ojluni/src/main/java/java/lang/ClassLoader.java

BootClassLoader是ClassLoader的内部类，并继承自ClassLoader。BootClassLoader是一个单例类，需要注意的是BootClassLoader的访问修饰符是默认的，只有在同一个包中才可以访问，因此我们在应用程序中是无法直接调用的。

1.2 PathClassLoader

Android系统使用PathClassLoader来加载系统类和应用程序的类，如果是加载非系统应用程序类，则会加载data/app/目录下的dex文件以及包含dex的apk文件或jar文件，不管是加载哪种文件，最终都是要加载dex文件，在这里为了方便理解，我们将dex文件以及包含dex的apk文件或jar文件统称为dex相关文件。PathClassLoader不建议开发直接使用。来查看它的代码： libcore/dalvik/src/main/java/dalvik/system/PathClassLoader.java

PathClassLoader继承自BaseDexClassLoader，很明显PathClassLoader的方法实现都在BaseDexClassLoader中。从PathClassLoader的构造方法也可以看出它遵循了双亲委托模式，不了解双亲委托模式请查看 Android解析ClassLoader（一）Java中的ClassLoader 这篇文章。

PathClassLoader的构造方法有三个参数：

• dexPath：dex文件以及包含dex的apk文件或jar文件的路径集合，多个路径用文件分隔符分隔，默认文件分隔符为‘：’。
• 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。
• parent：ClassLoader的parent。

1.3 DexClassLoader

DexClassLoader可以加载dex文件以及包含dex的apk文件或jar文件，也支持从SD卡进行加载，这也就意味着DexClassLoader可以在应用未安装的情况下加载dex相关文件。因此，它是热修复和插件化技术的基础。来查看它的代码，如下所示。 libcore/dalvik/src/main/java/dalvik/system/DexClassLoader.java

DexClassLoader构造方法的参数要比PathClassLoader多一个optimizedDirectory参数，参数optimizedDirectory代表什么呢？我们知道应用程序第一次被加载的时候，为了提高以后的启动速度和执行效率，Android系统会对dex相关文件做一定程度的优化，并生成一个ODEX文件，此后再运行这个应用程序的时候，只要加载优化过的ODEX文件就行了，省去了每次都要优化的时间，而参数optimizedDirectory就是代表存储ODEX文件的路径，这个路径必须是一个内部存储路径。PathClassLoader没有参数optimizedDirectory，这是因为PathClassLoader已经默认了参数optimizedDirectory的路径为：/data/dalvik-cache。DexClassLoader 也继承自BaseDexClassLoader ，方法实现也都在BaseDexClassLoader中。

2.ClassLoader的继承关系

运行一个Android程序需要用到几种类型的类加载器呢？如下所示。

首先我们得到MainActivity的类加载器，并在注释1处通过Log打印出来，接着打印出当前类的类加载器的父加载器，直到没有父加载器终止循环。打印结果如下所示。

10-07 07:23:02.835 8272-8272/? D/liuwangshu: dalvik.system.PathClassLoader[DexPathList[[zip file “/data/app/com.example.liuwangshu.moonclassloader-2/base.apk”, zip file “/data/app/com.example.liuwangshu.moonclassloader-2/split_lib_dependencies_apk.apk”, zip file “/data/app/com.example.liuwangshu.moonclassloader-2/split_lib_slice_0_apk.apk”, zip file “/data/app/com.example.liuwangshu.moonclassloader-2/split_lib_slice_1_apk.apk”, zip file “/data/app/com.example.liuwangshu.moonclassloader-2/split_lib_slice_2_apk.apk”, zip file “/data/app/com.example.liuwangshu.moonclassloader-2/split_lib_slice_3_apk.apk”, zip file “/data/app/com.example.liuwangshu.moonclassloader-2/split_lib_slice_4_apk.apk”, zip file “/data/app/com.example.liuwangshu.moonclassloader-2/split_lib_slice_5_apk.apk”, zip file “/data/app/com.example.liuwangshu.moonclassloader-2/split_lib_slice_6_apk.apk”, zip file “/data/app/com.example.liuwangshu.moonclassloader-2/split_lib_slice_7_apk.apk”, zip file “/data/app/com.example.liuwangshu.moonclassloader-2/split_lib_slice_8_apk.apk”, zip file “/data/app/com.example.liuwangshu.moonclassloader-2/split_lib_slice_9_apk.apk”],nativeLibraryDirectories=[/data/app/com.example.liuwangshu.moonclassloader-2/lib/x86, /vendor/lib, /system/lib]]] 10-07 07:23:02.835 8272-8272/? D/liuwangshu: java.lang.BootClassLoader@e175998

可以看到有两种类加载器，一种是PathClassLoader，另一种则是BootClassLoader。DexPathList中包含了很多apk的路径，其中/data/app/com.example.liuwangshu.moonclassloader-2/base.apk就是示例应用安装在手机上的位置。关于DexPathList后续文章会进行介绍。

和Java中的ClassLoader一样，虽然系统所提供的类加载器有3种类型，但是系统提供的ClassLoader相关类却不只3个。ClassLoader的继承关系如下图所示。

可以看到上面一共有7个ClassLoader相关类，其中有一些和Java中的ClassLoader相关类十分类似，下面简单对它们进行介绍：

• ClassLoader是一个抽象类，其中定义了ClassLoader的主要功能。BootClassLoader是它的内部类。
• SecureClassLoader类和JDK8中的SecureClassLoader类的代码是一样的，它继承了抽象类ClassLoader。SecureClassLoader并不是ClassLoader的实现类，而是拓展了ClassLoader类加入了权限方面的功能，加强了ClassLoader的安全性。
• URLClassLoader类和JDK8中的URLClassLoader类的代码是一样的，它继承自SecureClassLoader，用来通过URl路径从jar文件和文件夹中加载类和资源。
• BaseDexClassLoader继承自ClassLoader，是抽象类ClassLoader的具体实现类，PathClassLoader和DexClassLoader都继承它。

3.BootClassLoader的创建

BootClassLoader是在何时被创建的呢？这得先从Zygote进程开始说起，不了解Zygote进程的可以查看Android系统启动流程（二）解析Zygote进程启动过程这篇文章。 ZygoteInit的main方法如下所示。 frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java

main方法是ZygoteInit入口方法，其中调用了ZygoteInit的preload方法，preload方法中又调用了ZygoteInit的preloadClasses方法，如下所示。 frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java

preloadClasses方法用于Zygote进程初始化时预加载常用类。注释1处将/system/etc/preloaded-classes文件封装成FileInputStream，preloaded-classes文件中存有预加载类的目录，这个文件在系统源码中的路径为frameworks/base/preloaded-classes，这里列举一些preloaded-classes文件中的预加载类名称，如下所示。

可以看到preloaded-classes文件中的预加载类的名称有很多都是我们非常熟知的。预加载属于拿空间换时间的策略，Zygote环境配置的越健全越通用，应用程序进程需要单独做的事情也就越少，预加载除了预加载类，还有预加载资源和预加载共享库，因为不是本文重点，这里就不在延伸讲下去了。 回到preloadClasses方法的注释2处，将FileInputStream封装为BufferedReader，并注释3处遍历BufferedReader，读出所有预加载类的名称，每读出一个预加载类的名称就调用注释4处的代码加载该类，Class的forName方法如下所示。 libcore/ojluni/src/main/java/java/lang/Class.java

注释1处创建了BootClassLoader，并将BootClassLoader实例传入到了注释2处的classForName方法中，classForName方法是Native方法，它的实现由c/c++代码来完成，如下所示。

4.PathClassLoader的创建

PathClassLoader的创建也得从Zygote进程开始说起，Zygote进程启动SyetemServer进程时会调用ZygoteInit的startSystemServer方法，如下所示。 frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java

注释1处，Zygote进程通过forkSystemServer方法fork自身创建子进程（SystemServer进程）。注释2处如果forkSystemServer方法返回的pid等于0，说明当前代码是在新创建的SystemServer进程中执行的，接着就会执行注释3处的handleSystemServerProcess方法：

frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java

注释1处调用了createPathClassLoader方法，如下所示。 frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/ZygoteInit.java

createPathClassLoader方法中又会调用PathClassLoaderFactory的createClassLoader方法，看来PathClassLoader是用工厂来进行创建的。 frameworks/base/core/java/com/android/internal/os/PathClassLoaderFactory.java

在PathClassLoaderFactory的createClassLoader方法中会创建PathClassLoader。

结语

在这篇文章中我们学习了Android的ClassLoader的类型、ClassLoader的继承关系以及BootClassLoader和PathClassLoader是何时创建的。BootClassLoader是在Zygote进程的入口方法中创建的，PathClassLoader则是在Zygote进程创建SystemServer进程时创建的。本系列后续文章会接着介绍Android中的ClassLoader的其他知识点，敬请期待。