Dex分包处理及classloader学习

当一个app的功能越来越复杂，代码量越来越多，也许有一天便会突然遇到下列现象：

1. 生成的apk在2.3以前的机器无法安装，提示INSTALL_FAILED_DEXOPT

2. 方法数量过多，编译时出错，提示：

Conversion to Dalvik format failed:Unable to execute dex: method ID not in [0, 0xffff]: 65536  

出现这种问题的原因是：

1. Android2.3及以前版本用来执行dexopt(用于优化dex文件)的内存只分配了5M

2. 一个dex文件最多只支持65536个方法。

针对上述问题，也出现了诸多解决方案，使用的最多的是插件化，即将一些独立的功能做成一个单独的apk，当打开的时候使用DexClassLoader动态加载，然后使用反射机制来调用插件中的类和方法。这固然是一种解决问题的方案：但这种方案存在着以下两个问题：

1. 插件化只适合一些比较独立的模块；

2. 必须通过反射机制去调用插件的类和方法，因此，必须搭配一套插件框架来配合使用；

由于上述问题的存在，通过不断研究，便有了dex分包的解决方案。简单来说，其原理是将编译好的class文件拆分打包成两个dex，绕过dex方法数量的限制以及安装时的检查，在运行时再动态加载第二个dex文件中。faceBook曾经遇到相似的问题，具体可参考：

https://www.facebook.com/notes/facebook-engineering/under-the-hood-dalvik-patch-for-facebook-for-android/10151345597798920

文中有这么一段话：

However, there was no way we could break our app up this way--too many of our classes are accessed directly by the Android framework. Instead, we needed to inject our secondary dex files directly into the system class loader。

文中说得比较简单，我们来完善一下该方案：除了第一个dex文件（即正常apk包唯一包含的Dex文件），其它dex文件都以资源的方式放在安装包中，并在Application的onCreate回调中被注入到系统的ClassLoader。因此，对于那些在注入之前已经引用到的类（以及它们所在的jar）,必须放入第一个Dex文件中。

下面通过一个简单的demo来讲述dex分包方案，该方案分为两步执行：

整个demo的目录结构是这样，我打算将SecondActivity，MyContainer以及DropDownView放入第二个dex包中，其它保留在第一个dex包。

一、编译时分包

整个编译流程如下：

除了框出来的两Target，其它都是编译的标准流程。而这两个Target正是我们的分包操作。首先来看看spliteClasses target。

由于我们这里仅仅是一个demo,因此放到第二个包中的文件很少，就是上面提到的三个文件。分好包之后就要开始生成dex文件，首先打包第一个dex文件： 

由这里将${classes}（该文件夹下都是要打包到第一个dex的文件）打包生成第一个dex。接着生成第二个dex，并将其打包到资资源文件中：

可以看到，此时是将${secclasses}中的文件打包生成dex，并将其加入ap文件（打包的资源文件）中。到此，分包完毕，接下来，便来分析一下如何动态将第二个dex包注入系统的ClassLoader。

二、将dex分包注入ClassLoader

这里谈到注入，就要谈到Android的ClassLoader体系。

由上图可以看出，在叶子节点上，我们能使用到的是DexClassLoader和PathClassLoader，通过查阅开发文档，我们发现他们有如下使用场景：

1. 关于PathClassLoader，文档中写到： Android uses this class for its system class loader and for its application class loader(s),

由此可知，Android应用就是用它来加载;

2. DexClass可以加载apk,jar,及dex文件，但PathClassLoader只能加载已安装到系统中（即/data/app目录下）的apk文件。

知道了两者的使用场景，下面来分析下具体的加载原理，由上图可以看到，两个叶子节点的类都继承BaseDexClassLoader中，而具体的类加载逻辑也在此类中：

BaseDexClassLoader:  

[java] view plaincopy

1. @Override  

2. protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {  

3.     List<Throwable> suppressedExceptions = new ArrayList<Throwable>();  

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

5.     if (c == null) {  

6.         ClassNotFoundException cnfe = new ClassNotFoundException("Didn't find class "" + name + "" on path: " + pathList);  

7.         for (Throwable t : suppressedExceptions) {  

8.             cnfe.addSuppressed(t);  

9.        }  

10.         throw cnfe;  

11.     }  

12.      return c;  

13. }  

由上述函数可知，当我们需要加载一个class时，实际是从pathList中去需要的，查阅源码，发现pathList是DexPathList类的一个实例。ok，接着去分析DexPathList类中的findClass函数，

DexPathList:

[java] view plaincopy

1. public Class findClass(String name, List<Throwable> suppressed) {  

2.     for (Element element : dexElements) {  

3.         DexFile dex = element.dexFile;  

4.         if (dex != null) {  

5.             Class clazz = dex.loadClassBinaryName(name, definingContext, suppressed);  

6.             if (clazz != null) {  

7.                 return clazz;  

8.             }  

9.         }  

10.    }  

11.     if (dexElementsSuppressedExceptions != null) {  

12.         suppressed.addAll(Arrays.asList(dexElementsSuppressedExceptions));  

13.     }  

14.     return null;  

15. }  

上述函数的大致逻辑为：遍历一个装在dex文件（每个dex文件实际上是一个DexFile对象）的数组（Element数组，Element是一个内部类），然后依次去加载所需要的class文件，直到找到为止。

看到这里，注入的解决方案也就浮出水面，假如我们将第二个dex文件放入Element数组中，那么在加载第二个dex包中的类时，应该可以直接找到。

带着这个假设，来完善demo。

在我们自定义的BaseApplication的onCreate中，我们执行注入操作：

public String inject() {  
	    File decryptFile = new File(getDir("dex",MODE_PRIVATE), "test.dex");
		File odexDir = getDir("odex_dir", MODE_PRIVATE);
		try {
			InputStream encryptDexIn = getAssets().open("test.dex");
			decryptDex(encryptDexIn, decryptFile);
		} catch (IOException e1) {
			e1.printStackTrace();
			return "FAIL";
		}
		try{
		pathClassLoader=(PathClassLoader)getBaseContext().getClassLoader();
		dexClassLoader = new DexClassLoader(decryptFile.getPath(), odexDir.getPath(),getApplicationInfo().nativeLibraryDir, getClassLoader());
		Object[] dexElements =  getDexElements(getPathList(dexClassLoader));  
		Object pathList = getPathList(pathClassLoader); 
		expandFieldArray(pathList,"dexElements",dexElements);
	        return "SUCCESS";  
	    } catch (Throwable e) {  
	        e.printStackTrace();  
	        return android.util.Log.getStackTraceString(e);  
	    }  	       
	}  

　　

这是注入的关键函数，分析一下这个函数：

参数libPath是第二个dex包的文件信息（包含完整路径，我们当初将其打包到了assets目录下），然后将其使用DexClassLoader来加载（这里为什么必须使用DexClassLoader加载，回顾以上的使用场景），然后通过反射获取PathClassLoader中的DexPathList中的Element数组（已加载了第一个dex包，由系统加载），以及DexClassLoader中的DexPathList中的Element数组（刚将第二个dex包加载进去），将两个Element数组合并之后，再将其赋值给PathClassLoader的Element数组，到此，注入完毕。

这里的expandFieldArray方法根据Android源码multidex.java中的源码内容进行修改即可实现：

private  void expandFieldArray(Object pathList, String fieldName,
            Object[] extraElements) throws NoSuchFieldException, IllegalArgumentException,
            IllegalAccessException {
        Field jlrField = findField(pathList, fieldName);
        Object[] original = (Object[]) jlrField.get(pathList);
        Object[] combined = (Object[]) Array.newInstance(original.getClass().getComponentType(), original.length + extraElements.length);
        System.arraycopy(original, 0, combined, 0, original.length);
        System.arraycopy(extraElements, 0, combined, original.length, extraElements.length);
        jlrField.set(pathList, combined);
    }

至于getDexElements、getPathList通过反射获得即可。

现在试着启动app，并在MainActivity（在第一个dex包中）中去启动SecondActivity（在第二个dex包中），启动成功。这种方案是可行。

但是使用dex分包方案仍然有几个注意点：

1. 由于第二个dex包是在Application的onCreate中动态注入的，如果dex包过大，会使app的启动速度变慢，因此，在dex分包过程中一定要注意，第二个dex包不宜过大。

2. 由于上述第一点的限制，假如我们的app越来越臃肿和庞大，往往会采取dex分包方案和插件化方案配合使用，将一些非核心独立功能做成插件加载，核心功能再分包加载。

关于动态加载时classloader详解

在项目中我尝试了动态加载second.dex时在当前类中

如果是通过ForName的反射调动，则没有问题，

如果是通过直接调用出现classnotfound异常，

查看相关文档和代码，原因是：

Class 类中有个静态方法 forName，这个方法和 ClassLoader 中的 loadClass
方法的目的一样，都是用来加载 class 的，但是两者在作用上却有所区别。
Class<?> loadClass(String name)
Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
我们看到上面两个方法声明，第二个方法的第二个参数是用于设置加载类的时候是否连接该
类， true 就连接，否则就不连接。
通过 loadClass 加载类实际上就是加载的时候并不对该类进行解释，因
此也不会初始化该类。而 Class 类的 forName 方法则是相反，使用 forName 加载的时候就
会将 Class 进行解释和初始化。