摘要
该文转自Android动态加载基础 ClassLoader工作机制，特此记录。
Android的Dalvik/ART虚拟机如同标准JAVA的JVM虚拟机一样，在运行程序时首先需要将对应的类加载到内存中。
动态加载的基础是ClassLoader。一个运行中的APP不仅只有一个类加载器。
其实，在Android系统启动的时候会创建一个Boot类型的ClassLoader实例，用于加载一些系统Framework层级需要的类，我们的Android应用里也需要用到一些系统的类，所以APP启动的时候也会把这个Boot类型的ClassLoader传进来。
此外，APP也有自己的类，这些类保存在APK的dex文件里面，所以APP启动的时候，也会创建一个自己的ClassLoader实例，用于加载自己dex文件中的类。下面我们在项目里验证看看
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| @Override protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) { super.onCreate(savedInstanceState); ClassLoader classLoader = getClassLoader(); if (classLoader != null){ Log.i(TAG, "[onCreate] classLoader " + i + " : " + classLoader.toString()); while (classLoader.getParent()!=null){ classLoader = classLoader.getParent(); Log.i(TAG,"[onCreate] classLoader " + i + " : " + classLoader.toString()); } } }
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输出结果为：
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| 02-23 19:16:35.713 2257-2257/? I/HomeActivity: [onCreate] classLoader 1 : dalvik.system.PathClassLoader[dexPath=/data/app/com.example.xiongcen.volley_sample-2.apk,libraryPath=/data/app-lib/com.example.xiongcen.volley_sample-2] 02-23 19:16:35.713 2257-2257/? I/HomeActivity: [onCreate] classLoader 2 : java.lang.BootClassLoader@530d0de0
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可以看见有2个Classloader实例，一个是BootClassLoader（系统启动的时候创建的），另一个是PathClassLoader（应用启动时创建的，用于加载“/data/app/com.example.xiongcen.volley_sample-2.apk”里面的类）。由此也可以看出，一个运行的Android应用至少有2个ClassLoader。
创建自己的ClassLoader实例
动态加载外部的dex文件的时候，我们也可以使用自己创建的ClassLoader实例来加载dex里面的Class，不过ClassLoader的创建方式有点特殊，我们先看看它的构造方法
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| private ClassLoader(Void unused, ClassLoader parent) { this.parent = parent; }
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创建一个ClassLoader实例的时候，需要使用一个现有的ClassLoader实例作为新创建的实例的Parent。这样一来，一个Android应用，甚至整个Android系统里所有的ClassLoader实例都会被一棵树关联起来，这也是ClassLoader的 双亲代理模型（Parent-Delegation Model）的特点。
ClassLoader双亲代理模型加载类的特点和作用
JVM中ClassLoader通过defineClass方法加载jar里面的Class，而Android中这个方法被弃用了。
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| @Deprecated protected final Class<?> defineClass(byte[] b, int off, int len) throws ClassFormatError { throw new UnsupportedOperationException("can't load this type of class file"); }
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取而代之的是loadClass方法
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| protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve) throws ClassNotFoundException { // First, check if the class has already been loaded // 首先查询当前ClassLoader实例是否加载过此类，有就返回 Class c = findLoadedClass(name); if (c == null) { long t0 = System.nanoTime(); try { if (parent != null) { // 查询Parent是否已经加载过此类，如果已经加载过，就直接返回Parent加载的类 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) { // If still not found, then invoke findClass in order // to find the class. long t1 = System.nanoTime(); // 如果继承路线上的ClassLoader都没有加载，才由Child执行类的加载工作 c = findClass(name); // this is the defining class loader; record the stats } } return c; }
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特点
这样做有个明显的特点，如果一个类被位于树根的ClassLoader加载过，那么在以后整个系统的生命周期内，这个类永远不会被重新加载。
作用
- 共享功能：一些Framework层级的类一旦被顶层的ClassLoader加载过就缓存在内存里面，以后任何地方用到都不需要重新加载。
- 隔离功能：不同继承路线上的ClassLoader加载的类肯定不是同一个类，这样的限制避免了用户自己的代码冒充核心类库的类访问核心类库包可见成员的情况。
使用ClassLoader一些需要注意的问题
1.如果你希望通过动态加载的方式，加载一个新版本的dex文件，使用里面的新类替换原有的旧类，从而修复原有类的BUG，那么你必须保证在加载新类的时候，旧类还没有被加载，因为如果已经加载过旧类，那么ClassLoader会一直优先使用旧类。
2.如果旧类总是优先于新类被加载，我们也可以使用一个与加载旧类的ClassLoader没有树的继承关系的另一个ClassLoader来加载新类，因为ClassLoader只会检查其Parent有没有加载过当前要加载的类，如果两个ClassLoader没有继承关系，那么旧类和新类都能被加载。
但是，
在Java中，只有当两个实例的类名、包名以及加载其的ClassLoader都相同，才会被认为是同一种类型。上面分别加载的新类和旧类，虽然包名和类名都完全一样，但是由于加载的ClassLoader不同，所以并不是同一种类型，在实际使用中可能会出现类型不符异常。
同一个Class = 相同的 ClassName + PackageName + ClassLoader
DexClassLoader 和 PathClassLoader
在Android中，ClassLoader是一个抽象类，实际开发过程中，我们一般是使用其具体的子类DexClassLoader、PathClassLoader这些类加载器来加载类的，它们的不同之处是：
类加载器的初始化
平时开发的时候，使用DexClassLoader就够用了，但是我们不妨挖一下这两者具体细节上的区别。
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| // DexClassLoader.java public class DexClassLoader extends BaseDexClassLoader { public DexClassLoader(String dexPath, String optimizedDirectory, String libraryPath, ClassLoader parent) { super(dexPath, new File(optimizedDirectory), libraryPath, parent); } } // PathClassLoader.java 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); } }
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这两者只是简单的对BaseDexClassLoader做了一下封装，具体的实现还是在父类里。不过这里也可以看出，PathClassLoader的optimizedDirectory只能是null，进去BaseDexClassLoader看看这个参数是干什么的
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| public BaseDexClassLoader(String dexPath, File optimizedDirectory, String libraryPath, ClassLoader parent) { super(parent); this.originalPath = dexPath; this.pathList = new DexPathList(this, dexPath, libraryPath, optimizedDirectory); }
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这里创建了一个DexPathList实例，进去看看
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| public DexPathList(ClassLoader definingContext, String dexPath, String libraryPath, File optimizedDirectory) { …… this.dexElements = makeDexElements(splitDexPath(dexPath), optimizedDirectory); } private static Element[] makeDexElements(ArrayList<File> files, File optimizedDirectory) { ArrayList<Element> elements = new ArrayList<Element>(); for (File file : files) { ZipFile zip = null; DexFile dex = null; String name = file.getName(); if (name.endsWith(DEX_SUFFIX)) { dex = loadDexFile(file, optimizedDirectory); } else if (name.endsWith(APK_SUFFIX) || name.endsWith(JAR_SUFFIX) || name.endsWith(ZIP_SUFFIX)) { zip = new ZipFile(file); } …… if ((zip != null) || (dex != null)) { elements.add(new Element(file, zip, dex)); } } return elements.toArray(new Element[elements.size()]); } private static DexFile loadDexFile(File file, File optimizedDirectory) throws IOException { if (optimizedDirectory == null) { return new DexFile(file); } else { String optimizedPath = optimizedPathFor(file, optimizedDirectory); return DexFile.loadDex(file.getPath(), optimizedPath, 0); } } /** * Converts a dex/jar file path and an output directory to an * output file path for an associated optimized dex file. */ private static String optimizedPathFor(File path, File optimizedDirectory) { String fileName = path.getName(); if (!fileName.endsWith(DEX_SUFFIX)) { int lastDot = fileName.lastIndexOf("."); if (lastDot < 0) { fileName += DEX_SUFFIX; } else { StringBuilder sb = new StringBuilder(lastDot + 4); sb.append(fileName, 0, lastDot); sb.append(DEX_SUFFIX); fileName = sb.toString(); } } File result = new File(optimizedDirectory, fileName); return result.getPath(); }
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看到这里我们明白了，optimizedDirectory是用来缓存我们需要加载的dex文件的，并创建一个DexFile对象，如果它为null，那么会直接使用dex文件原有的路径来创建DexFile对象。
optimizedDirectory必须是一个内部存储路径，还记得我们之前说过的，无论哪种动态加载，加载的可执行文件一定要存放在内部存储。DexClassLoader可以指定自己的optimizedDirectory，所以它可以加载外部的dex，因为这个dex会被复制到内部路径的optimizedDirectory；而PathClassLoader没有optimizedDirectory，所以它只能加载内部的dex，这些大都是存在系统中已经安装过的apk里面的。
加载类的过程
上面还只是创建了类加载器的实例，其中创建了一个DexFile实例，用来保存dex文件，我们猜想这个实例就是用来加载类的。
Android中，ClassLoader用loadClass方法来加载我们需要的类
loadClass方法调用了findClass方法，而BaseDexClassLoader重载了这个方法，得到BaseDexClassLoader看看
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| @Override protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException { Class clazz = pathList.findClass(name); if (clazz == null) { throw new ClassNotFoundException(name); } return clazz; }
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结果还是调用了DexPathList的findClass
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| public Class findClass(String name) { for (Element element : dexElements) { DexFile dex = element.dexFile; if (dex != null) { Class clazz = dex.loadClassBinaryName(name, definingContext); if (clazz != null) { return clazz; } } } return null; }
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这里遍历了之前所有的DexFile实例，其实也就是遍历了所有加载过的dex文件，再调用loadClassBinaryName方法一个个尝试能不能加载想要的类
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| public Class loadClassBinaryName(String name, ClassLoader loader) { return defineClass(name, loader, mCookie); } private native static Class defineClass(String name, ClassLoader loader, int cookie);
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loadClassBinaryName中调用了Native方法defineClass加载类。
至此，ClassLoader的创建和加载类的过程的完成了。有趣的是，标准JVM中，ClassLoader是用defineClass加载类的，而Android中defineClass被弃用了，改用了loadClass方法，而且加载类的过程也挪到了DexFile中，在DexFile中加载类的具体方法也叫defineClass，不知道是Google故意写成这样的还是巧合。
参考
- Android动态加载基础 ClassLoader工作机制
- Java虚拟机工作原理详解