Android类加载机制

概念

JAVA程序被编译器编译之后称为字节码文件（.class文件），当程序需要某个类时，虚拟机便会将对应的class文件进行加载，通过classLoader类加载器加载到虚拟机内存的过程，就是类加载。

类加载作用

• 实现类的加载功能
• 确保被加载类在虚拟机中的唯一性

熟悉类加载机制流程之前，先熟悉下Android运行流程，以及dex生成的原因。

Android运行流程

• Android编译的时候，会将.java文件编译成.class文件
• 生成apk时，会将.class文件打包成.dex文件
• Android程序运行的时候，Android的Dalvik/art虚拟机就加载dex文件，然后加载其中的.class文件到内存中来使用。

dex分包方案

原因：

1. DVM指令集的方法调用指令invoke-kind 索引为16bits，所以最多能引用65535个方法。
2. DVM中的LinearAlloc是一个固定的缓存区，当方法数超出了缓存区的大小时会报错。

为了解决方法数65536的限制和LinearAlloc的限制从而生成了dex打包方案，打包时将代码分成多个dex，将应用启动时必须用到的类和和这些类的直接引用放到主dex中，其他代码放到次dex中，当应用启动时先加载主dex，待到应用启动后再动态的加载次dex。

类加载流程

类从被加载到JVM虚拟机内存到被卸载，整个完整的生命周期包括：类加载 --> 验证 --> 准备 --> 解析 --> 初始化 --> 使用 --> 卸载 七个阶段，其中验证、准备、解析这三个部分统称为连接。

注：类加载流程比较复杂，虽然加载过程有复杂的五个步骤，但是除了加载以外，其他四部都是由JVM虚拟机控制的

注意：初始化不会马上执行，当一个类被主动使用的时候才会去初始化，主要有几种情况：

1）当创建某个类的新实例时（如通过new或者反射等）；

2）当调用某个类的静态方法时；

3）当使用某个类或接口的静态字段时；

4）当调用Java API中的某些反射方法时，比如类Class中的方法，或者java.lang.reflect中的类的方法时；

5）当初始化某个子类时；

Android中的类加载器

类加载进内存后，Android程序通过ClassLoader类去加载内存中的类，然后进行解析运行。

Android中包含以下几种类加载器：

1. BootClassLoader ：用来加载Framework层的字节码文件。只能加载Android系统的类，是ClassLoader的内部类，开发者无法调用。Android系统启动时会使用BootClassLoader来预加载常用类。
2. BaseDexClassLoader ：是PathClassaLoader和DexClassLoader父类。
3. PathClassLoader ：用来加载内存中已经安装的apk中的dex文件。通常用于加载APK中开发者自己写的类（含三方库）。
4. DexClassLoader ：用来加载指定目录中的字节码文件，可以加载内存以外的aar/apk/jar文件。通常用于执行动态加载，能够加载指定路径的apk/jar/zip/dex文件， 因此很多热修复和插件化方案都采用。(DexClassLoader可以指定odex的路径，而PathClassLoader则采用系统默认的缓存路径，在8.0以后没有区别)
5. URLClassLoader：加载.jar文件和文件夹中的class，javaWeb等使用，谷歌不用。

BaseDexClassLoader为核心类。常用的ClassLoade就两个：DexClassLoader 和 PathClassLoader。

ClassLoader类加载流程

1. 加载一个类是通过双亲委托机制来实现的
2. 第一次加载class，是通过BaseDexClassLoader中的findClass方法实现的；接着进入DexPathList中的findClass方法，内部通过遍历Element数组，从Element对象中去查找类；Element实际上是对Dex文件的包装，最终还是从dexfile去查找的class
3. 一般app运行主要用到2个类加载器，一个是PathClassLoader：主要用于加载自己写的类；另一个是BootClassLoader：用于加载Framework中的类
4. 热修复和插件化一般是利用DexClassLoader来实现
5. PathClassLoader和DexClassLoader其实都可以加载apk／jar／dex，区别是DexClassLoader可以指定optimizedDirectory，而PathClassLoader只能使用系统默认位置。但是在8.0 以后二者是没有区别的，只能使用系统默认的位置

以下为关联到的知识点：

双亲委派机制

当加载一个类时，会优先使用父类加载器加载，当父类加载器无法加载时才会使用子类加载器去加载。这么做的目的是为了避免类的重复加载

类的加载过程，Person person = new Person();为例进行说明

1. 因为new用到了Person.class，所以会先找到Person.class文件，并加载到内存中
2. 执行该类中的static代码块，如果有的话，给Person.class类进行初始化
3. 在堆内存中开辟空间分配内存地址
4. 在堆内存中建立对象的特有属性，并进行默认初始化
5. 对属性进行显示初始化
6. 对对象进行构造代码块初始化
7. 对对象进行与之对应的构造函数进行初始化
8. 将内存地址付给栈内存中的p变量

参考链接

1. Android类加载器机制
2. Android类加载机制
3. Android热修复：底层替换类加载原理总结 及 DexClassLoader类加载机制源码探索
4. Java类加载机制笔记