一步步手动实现热修复-类的加载机制简要介绍

Posted 2020-08-20 Sahadev_

本节内容是为了给下节内容做知识铺垫，所以如果要需要了解热修复技术，本节内容的知识点必不可少。

一个类在被加载到内存之前要经过加载、验证、准备等过程。经过这些过程之后，虚拟机才会从方法区将代表类的运行时数据结构转换为内存中的Class。

我们这节内容的重点在于一个类是如何被加载的，所以我们从类的加载入口开始。

类的加载是由虚拟机触发的，类的加载入口位于ClassLoader的loadClassInternal()方法：

    // This method is invoked by the virtual machine to load a class.
    private Class<?> loadClassInternal(String name)
        throws ClassNotFoundException
    {
        // For backward compatibility, explicitly lock on ‘this‘ when
        // the current class loader is not parallel capable.
        if (parallelLockMap == null) {
            synchronized (this) {
                 return loadClass(name);
            }
        } else {
            return loadClass(name);
        }
    }

这段方法还有段注释说明：这个方法由虚拟机调用用来加载一个类。我们看到这个类的内部最后调用了loadClass()方法。那我们进入loadClass()方法看看：

    public Class<?> loadClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        return loadClass(name, false);
    }

loadClass()方法方法内部调用了loadClass()的重载方法：

    protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
        throws ClassNotFoundException
    {
        synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
            // First, check if the class has already been loaded
            Class<?> c = findLoadedClass(name);
            if (c == null) {
                long t0 = System.nanoTime();
                try {
                    if (parent != null) {
                        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();
                    c = findClass(name);

                    // this is the defining class loader; record the stats
                    sun.misc.PerfCounter.getParentDelegationTime().addTime(t1 - t0);
                    sun.misc.PerfCounter.getFindClassTime().addElapsedTimeFrom(t1);
                    sun.misc.PerfCounter.getFindClasses().increment();
                }
            }
            if (resolve) {
                resolveClass(c);
            }
            return c;
        }
    }

loadClass()方法大概做了以下工作：

• 首先查找该类是否已经被加载.
• 如果该ClassLoader有父加载器，那么调用父加载器的loadClass()方法.
• 如果没有父加载器，则调用findBootstrapClassOrNull()方法进行加载，该方法会使用引导类加载器进行加载。普通类是不会被该加载器加载到的，所以这里一般返回null.
• 如果前面的步骤都没找到，那调用自身的findClass()方法进行查找。

好，ClassLoader的findClass()方法是个空方法，所以这个过程一般是由子加载器实现的。Java的加载器这么设计是有一定的渊源的，感兴趣的读者可以自行查找书籍了解。

    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        throw new ClassNotFoundException(name);
    }

在android中，ClassLoader的直接子类是BaseDexClassLoader，我们看一下BaseDexClassLoader的findClass()实现：

    @Override
    protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
        Class clazz = pathList.findClass(name);

        if (clazz == null) {
            throw new ClassNotFoundException(name);
        }

        return clazz;
    }

Tips: 有需要虚拟机以及类加载器全套代码的，请使用以下命令克隆:
git clone https://android.googlesource.com/platform/dalvik-snapshot
相关代码位于项目的ics-mr1分支上。

看到这里我们可以知道，Android中类的查找是通过这个pathList进行查找的，而pathList又是个什么鬼呢？

在BaseDexClassLoader中声明了以下变量：

    /** structured lists of path elements */
    private final DexPathList pathList;

所以我们可以看看DexPathList的findClass()方法做了什么：

    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;
    }

这里通过遍历dexElements中的Element对象进行查找，最终走的是DexFile的loadClassBinaryName()方法：

    public Class loadClassBinaryName(String name, ClassLoader loader) {
        return defineClass(name, loader, mCookie);
    }

    private native static Class defineClass(String name, ClassLoader loader, int cookie);

到此为止，我们就将类的加载过程梳理完了。

下一节课我们将会介绍如何实现类的替换。