android 懒加载fragment android classloader加载原理

个人总结笔记，不具备指导作用，怕说错了说漏了带坏其他同学，有错误的地方希望热心的同学可以指出，感谢

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首先记录一下在学习类加载机制过程中遇到的两个概念

1.ClassLoader（类加载）

其中包含BootClassLoader（负责加载Android FrameWork层的Class文件）、PathClassLoader（用于Android应用程序类加载器。可以加载指定的dex，以及jar、zip、apk中的classes.dex，我们项目自己写的代码就是通过这个ClassLoader加载的，例如MainActivity，可以通过MainActivity.class.getClassLoader()获取到）、DexClassLoader（加载指定的dex，以及jar、zip、apk中的classes.dex）。

PathClassLoader与DexClassLoader之间没有任何区别，只不过DexClassLoader可以自定义odex的保存地址。

2.双亲委托机制

上面说到PathClassLoader负责加载我们自己写的Java文件的class文件，但是当我们查看PathClassLoader的时候发现PatchClassLoader中只有两个构造方法并没有加载class文件的函数，如下：

public class PathClassLoader extends BaseDexClassLoader {
    /**
     * Creates a {@code PathClassLoader} that operates on a given list of files
     * and directories. This method is equivalent to calling
     * {@link #PathClassLoader(String, String, ClassLoader)} with a
     * {@code null} value for the second argument (see description there).
     *
     * @param dexPath the list of jar/apk files containing classes and
     * resources, delimited by {@code File.pathSeparator}, which
     * defaults to {@code ":"} on Android
     * @param parent the parent class loader
     */
    public PathClassLoader(String dexPath, ClassLoader parent) {
        super(dexPath, null, null, parent);
    }

    /**
     * Creates a {@code PathClassLoader} that operates on two given
     * lists of files and directories. The entries of the first list
     * should be one of the following:
     *
     * <ul>
     * <li>JAR/ZIP/APK files, possibly containing a "classes.dex" file as
     * well as arbitrary resources.
     * <li>Raw ".dex" files (not inside a zip file).
     * </ul>
     *
     * The entries of the second list should be directories containing
     * native library files.
     *
     * @param dexPath the list of jar/apk files containing classes and
     * resources, delimited by {@code File.pathSeparator}, which
     * defaults to {@code ":"} on Android
     * @param libraryPath the list of directories containing native
     * libraries, delimited by {@code File.pathSeparator}; may be
     * {@code null}
     * @param parent the parent class loader
     */
    public PathClassLoader(String dexPath, String libraryPath,
            ClassLoader parent) {
        super(dexPath, null, libraryPath, parent);
    }
}

于是我们前往PathClassLoader的父类BaseDexClassLoader去寻找加载class的方法，依然没有找到加载class的方法，

public class BaseDexClassLoader extends ClassLoader {
    private final DexPathList pathList;

    public BaseDexClassLoader(String dexPath, File optimizedDirectory,
            String libraryPath, ClassLoader parent) {
        super(parent);
        this.pathList = new DexPathList(this, dexPath, libraryPath, optimizedDirectory);
    }

    @Override
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        List<Throwable> suppressedExceptions = new ArrayList<Throwable>();
        Class c = pathList.findClass(name, suppressedExceptions);
        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;
    }

    ...
}

我们继续向上找到BaseDexClassLoader的父类ClassLoader，在这里我们看到了loadClass方法

protected Class<?> loadClass(String className, boolean resolve) throws ClassNotFoundException {
        Class<?> clazz = findLoadedClass(className);

        if (clazz == null) {
            ClassNotFoundException suppressed = null;
            try {
                clazz = parent.loadClass(className, false);
            } catch (ClassNotFoundException e) {
                suppressed = e;
            }

            if (clazz == null) {
                try {
                    clazz = findClass(className);
                } catch (ClassNotFoundException e) {
                    e.addSuppressed(suppressed);
                    throw e;
                }
            }
        }

        return clazz;
    }

loadClass的参数className就是我们需要查到的class，首先通过findLoadedClass方法在已经加载的class中寻找是否存在className，如果有则返回出去。否则将会调用parent.loadClass(className, false);去parent中调用loadClass方法，parent是什么呢？我们观察ClassLoader的构造方法，其中为parent赋值为ClassLoader中的静态内部类SystemClassLoader.loader。

/**
     * Constructs a new instance of this class with the system class loader as
     * its parent.
     */
    protected ClassLoader() {
        this(getSystemClassLoader(), false);
    }

    /**
     * Returns the system class loader. This is the parent for new
     * {@code ClassLoader} instances and is typically the class loader used to
     * start the application.
     */
    public static ClassLoader getSystemClassLoader() {
        return SystemClassLoader.loader;
    }

    static private class SystemClassLoader {
        public static ClassLoader loader = ClassLoader.createSystemClassLoader();
    }

    private static ClassLoader createSystemClassLoader() {
        String classPath = System.getProperty("java.class.path", ".");
        return new PathClassLoader(classPath, BootClassLoader.getInstance());
    }

由此代码我们可以看出最终会创建一个以BootClassLoader为parent的PathClassLoader作为该ClassLoader的parent。

也就是说我们在使用ClassLoader.loadClass()的时候，ClassLoader会一直将类加载的任务交给自己的parent去做，然后一直向上传递，直到传到BootClassLoader。由此我们可以看出双亲委托机制命名的由来——自己不干，让爸爸干，爸爸不干，爷爷干。

使用双亲委托机制的好处是：

1.避免类的重复加载，如果parent加载过了就没有必要自己再加载了，直接拿来用就好了

2.安全，使用双亲委托机制就可以避免我们自定义一个与Java核心api中相同的类名的情况下取代Java核心api导致出现问题，例如我们自己写了一个String类来代替Java中的String类，因为使用了双亲委托机制，Java中的String类已经被加载了，就不会再加载我们自己写的类了。保证了Java核心功能不被替换。

上面讲完了loadClass的过程，然后我们发现如果我们需要的类在在parent中都找不到，这个时候就要靠我们自己了，就需要调用findClass方法。我们在逐级向上查找loadClass方法的过程中发现BaseDexClassLoader有重写ClassLoader的findClass方法，我们来看一下

@Override
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        List<Throwable> suppressedExceptions = new ArrayList<Throwable>();
        Class c = pathList.findClass(name, suppressedExceptions);
        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;
    }

Class c = pathList.findClass(name, suppressedExceptions);

这行代码就返回了我们需要的class否则就会直接报ClassNotFoundException。

其中pathList是一个DexPathList的对象，我们再前往DexPathList查看DexPathList.findClass

public Class findClass(String name, List<Throwable> suppressed) {
        for (Element element : dexElements) {
            DexFile dex = element.dexFile;

            if (dex != null) {
                Class clazz = dex.loadClassBinaryName(name, definingContext, suppressed);
                if (clazz != null) {
                    return clazz;
                }
            }
        }
        if (dexElementsSuppressedExceptions != null) {
            suppressed.addAll(Arrays.asList(dexElementsSuppressedExceptions));
        }
        return null;
    }

发现DexPathList.findClass又调用了DexFile.loadClassBinaryName方法去获取class。于是我们还要前往DexFile寻找DexFile.loadClassBinaryName

。。。路是真的远。

最终我们在DexFile中发现其调用defineClassNative(name, loader, cookie);得到class，这是一个native方法，其中的细节逻辑我们就无从得知了。搜寻之路到此结束。

回到DexPathList.findClass，我们发现他是通过遍历dexElements数组获取每个子项并获取子项中的dex文件，之后再从dex文件中获取到对应的class。dexElements是如何得到的呢？我们通过阅读代码发现在DexPathList的构造函数中对dexElements进行了初始化：

// save dexPath for BaseDexClassLoader
    this.dexElements = makePathElements(splitDexPath(dexPath), optimizedDirectory,
                                            suppressedExceptions);

    /**
     * Makes an array of dex/resource path elements, one per element of
     * the given array.
     */
    private static Element[] makePathElements(List<File> files, File optimizedDirectory,
                                              List<IOException> suppressedExceptions) {
        List<Element> elements = new ArrayList<>();
        /*
         * Open all files and load the (direct or contained) dex files
         * up front.
         */
        for (File file : files) {
            File zip = null;
            File dir = new File("");
            DexFile dex = null;
            String path = file.getPath();
            String name = file.getName();

            if (path.contains(zipSeparator)) {
                String split[] = path.split(zipSeparator, 2);
                zip = new File(split[0]);
                dir = new File(split[1]);
            } else if (file.isDirectory()) {
                // We support directories for looking up resources and native libraries.
                // Looking up resources in directories is useful for running libcore tests.
                elements.add(new Element(file, true, null, null));
            } else if (file.isFile()) {
                if (name.endsWith(DEX_SUFFIX)) {
                    // Raw dex file (not inside a zip/jar).
                    try {
                        dex = loadDexFile(file, optimizedDirectory);
                    } catch (IOException ex) {
                        System.logE("Unable to load dex file: " + file, ex);
                    }
                } else {
                    zip = file;

                    try {
                        dex = loadDexFile(file, optimizedDirectory);
                    } catch (IOException suppressed) {
                        /*
                         * IOException might get thrown "legitimately" by the DexFile constructor if
                         * the zip file turns out to be resource-only (that is, no classes.dex file
                         * in it).
                         * Let dex == null and hang on to the exception to add to the tea-leaves for
                         * when findClass returns null.
                         */
                        suppressedExceptions.add(suppressed);
                    }
                }
            } else {
                System.logW("ClassLoader referenced unknown path: " + file);
            }

            if ((zip != null) || (dex != null)) {
                elements.add(new Element(dir, false, zip, dex));
            }
        }

        return elements.toArray(new Element[elements.size()]);
    }

由于我们的class是从dex文件中读取出来的，因此进入

else if (file.isFile()) {
                if (name.endsWith(DEX_SUFFIX)) {
                    // Raw dex file (not inside a zip/jar).
                    try {
                        dex = loadDexFile(file, optimizedDirectory);
                    } catch (IOException ex) {
                        System.logE("Unable to load dex file: " + file, ex);
                    }
                }

从这里获取到我们需要的dex并以Element(dir, false, zip, dex)的形式添加进dexElements。

到这里我们简单总结一下

总结

类在加载的过程中需要调用ClassLoader的loadClass进行加载，首先前往已经加载的内容中寻找，如果没找到则使用双亲委托机制parent.loadClass()进行加载，如果发现“家里人”都帮不上忙的时候，就需要自己来findClass。findClass的过程是通过加载dex文件进入dexElements数组并通过遍历找到对应名字的class，找到便返回出来。

由此我们可以确定热修复的思路，现有A.java，其中出现了待修复的bug，我们修复bug后生成了新的A.java，然后将其生成新的dex文件该dex中只需有我们修复后的A.java即可，并通过反射的手段将我们新生成的dex加入到dexElements的头部，这样当findClass再进行for循环的时候，它先找到我们新的dex文件中的A.java进行加载，这样就完成了新的文件替代旧的文件，实现了bug的热修复。

接下来的计划应该是会再总结一下反射的基本知识，主要目的还是为了自我巩固。一开始不想写博客的原因是怕自己写不出什么内容，感觉会和别人写的千篇一律，搞得网上乌烟瘴气的，这篇写的感觉倒是基本上就是我自己的学习成果，写得也比较顺（啰嗦），以后再写写应该会写得更加简洁易懂些吧，坚持吧。