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動態(tài)加載技術(shù)(插件化)系列已經(jīng)坑了有一段時間了，不過UP主我并沒有放棄治療哈，相信在不就的未來就可以看到“系統(tǒng)Api Hook模式”和插件化框架Frontia的更新了。今天要講的是動態(tài)加載技術(shù)的親戚 —— multidex。他們的核心原理之一都是dex文件的加載。
成都創(chuàng)新互聯(lián)成立于2013年，先為圖們等服務(wù)建站，圖們等地企業(yè)，進行企業(yè)商務(wù)咨詢服務(wù)。為圖們企業(yè)網(wǎng)站制作PC+手機+微官網(wǎng)三網(wǎng)同步一站式服務(wù)解決您的所有建站問題。
MultiDex是Google為了解決“65535方法數(shù)超標”以及“INSTALL_FAILED_DEXOPT”問題而開發(fā)的一個Support庫，具體如何使用MultiDex現(xiàn)在市面已經(jīng)有一大堆教程(可以參考給 App 啟用 MultiDex 功能)，這里不再贅述。這篇日志主要是配合源碼分析MultiDex的工作原理，以及提供一些MultiDex優(yōu)化的方案。
Dex的工作機制
等等，這個章節(jié)講的不是MultiDex嗎，怎么變成Dex了?沒錯哈，沒有Dex，哪來的MultiDex。在Android中，對Dex文件操作對應(yīng)的類叫做DexFile。在CLASSLOADER 的工作機制中，我們說到：
對于 Java 程序來說，編寫程序就是編寫類，運行程序也就是運行類(編譯得到的class文件)，其中起到關(guān)鍵作用的就是類加載器 ClassLoader。
Android程序的每一個Class都是由ClassLoader#loadClass方法加載進內(nèi)存的，更準確來說，一個ClassLoader實例會有一個或者多個DexFile實例，調(diào)用了ClassLoader#loadClass之后，ClassLoader會通過類名，在自己的DexFile數(shù)組里面查找有沒有那個DexFile對象里面存在這個類，如果都沒有就拋ClassNotFound異常。ClassLoader通過調(diào)用DexFile的一個叫defineClass的Native方法去加載指定的類，這點與JVM略有不同，后者是直接調(diào)用ClassLoader#defineCLass方法，反正最后實際加載類的方法都叫defineClass就沒錯了。
創(chuàng)建DexFile對象
首先來看看造DexFile對象的構(gòu)方法。
- public final class DexFile {
- private int mCookie;
- private final String mFileName;
- ...
- public DexFile(File file) throws IOException {
- this(file.getPath());
- }
- public DexFile(String fileName) throws IOException {
- mCookie = openDexFile(fileName, null, 0);
- mFileName = fileName;
- guard.open("close");
- }
- private DexFile(String sourceName, String outputName, int flags) throws IOException {
- mCookie = openDexFile(sourceName, outputName, flags);
- mFileName = sourceName;
- guard.open("close");
- }
- static public DexFile loadDex(String sourcePathName, String outputPathName,
- int flags) throws IOException {
- return new DexFile(sourcePathName, outputPathName, flags);
- }
- public Class loadClass(String name, ClassLoader loader) {
- String slashName = name.replace('.', '/');
- return loadClassBinaryName(slashName, loader);
- }
- public Class loadClassBinaryName(String name, ClassLoader loader) {
- return defineClass(name, loader, mCookie);
- }
- private native static Class defineClass(String name, ClassLoader loader, int cookie);
- native private static int openDexFile(String sourceName, String outputName,
- int flags) throws IOException;
- native private static int openDexFile(byte[] fileContents)
- ...
- }
通過以前分析過的源碼，我們知道ClassLoader主要是通過DexFile.loadDex這個靜態(tài)方法來創(chuàng)建它需要的DexFile實例的，這里創(chuàng)建DexFile的時候，保存了Dex文件的文件路徑mFileName，同時調(diào)用了openDexFile的Native方法打開Dex文件并返回了一個mCookie的整型變量(我不知道這個干啥用的，我猜它是一個C++用的資源句柄，用于Native層訪問具體的Dex文件)。在Native層的openDexFile方法里，主要做了檢查當前創(chuàng)建來的Dex文件是否是有效的Dex文件，還是是一個帶有Dex文件的壓縮包，還是一個無效的Dex文件。
加載Dex文件里的類
加載類的時候，ClassLoader又是通過DexFile#loadClass這個方法來完成的，這個方法里調(diào)用了defineClass這個Native方法，看來DexFile才是加載Class的具體API，加載Dex文件和加載具體Class都是通過Native方法完成，ClassLoader有點名不副實啊。
MultiDex的工作機制
當一個Dex文件太肥的時候(方法數(shù)目太多、文件太大)，在打包Apk文件的時候就會出問題，就算打包的時候不出問題，在Android 5.0以下設(shè)備上安裝或運行Apk也會出問題(具體原因可以參考給 App 啟用 MultiDex 功能)。既然一個Dex文件不行的話，那就把這個碩大的Dex文件拆分成若干個小的Dex文件，剛好一個ClassLoader可以有多個DexFile，這就是MultiDex的基本設(shè)計思路。
工作流程
MultiDex的工作流程具體分為兩個部分，一個部分是打包構(gòu)建Apk的時候，將Dex文件拆分成若干個小的Dex文件，這個Android Studio已經(jīng)幫我們做了(設(shè)置 “multiDexEnabled true”)，另一部分就是在啟動Apk的時候，同時加載多個Dex文件(具體是加載Dex文件優(yōu)化后的Odex文件，不過文件名還是.dex)，這一部分工作從Android 5.0開始系統(tǒng)已經(jīng)幫我們做了，但是在Android 5.0以前還是需要通過MultiDex Support庫來支持(MultiDex.install(Context))。
所以我們需要關(guān)心的是第二部分，這個過程的簡單示意流程圖如下。
(圖中紅色部分為耗時比較大的地方)
源碼分析
現(xiàn)在官方已經(jīng)部署的MultiDex Support版本是com.android.support:multidex:1.0.1，但是現(xiàn)在倉庫的master分支已經(jīng)有了許多新的提交(其中最明顯的區(qū)別是加入了FileLock來控制多進程同步問題)，所以這里分析的源碼都是最新的master分支上的。
MultiDex Support的入口是MultiDex.install(Context)，先從這里入手吧。(這次我把具體的分析都寫在代碼的注釋了，這樣看是不是更簡潔明了些?)
- public static void install(Context context) {
- Log.i(TAG, "install");
- // 1. 判讀是否需要執(zhí)行MultiDex。
- if (IS_VM_MULTIDEX_CAPABLE) {
- Log.i(TAG, "VM has multidex support, MultiDex support library is disabled.");
- return;
- }
- if (Build.VERSION.SDK_INT < MIN_SDK_VERSION) {
- throw new RuntimeException("Multi dex installation failed. SDK " + Build.VERSION.SDK_INT
- + " is unsupported. Min SDK version is " + MIN_SDK_VERSION + ".");
- }
- try {
- ApplicationInfo applicationInfo = getApplicationInfo(context);
- if (applicationInfo == null) {
- // Looks like running on a test Context, so just return without patching.
- return;
- }
- // 2. 如果這個方法已經(jīng)調(diào)用過一次，就不能再調(diào)用了。
- synchronized (installedApk) {
- String apkPath = applicationInfo.sourceDir;
- if (installedApk.contains(apkPath)) {
- return;
- }
- installedApk.add(apkPath);
- // 3. 如果當前Android版本已經(jīng)自身支持了MultiDex，依然可以執(zhí)行MultiDex操作，
- // 但是會有警告。
- if (Build.VERSION.SDK_INT > MAX_SUPPORTED_SDK_VERSION) {
- Log.w(TAG, "MultiDex is not guaranteed to work in SDK version "
- + Build.VERSION.SDK_INT + ": SDK version higher than "
- + MAX_SUPPORTED_SDK_VERSION + " should be backed by "
- + "runtime with built-in multidex capabilty but it's not the "
- + "case here: java.vm.version=\""
- + System.getProperty("java.vm.version") + "\"");
- }
- // 4. 獲取當前的ClassLoader實例，后面要做的工作，就是把其他dex文件加載后，
- // 把其DexFile對象添加到這個ClassLoader實例里就完事了。
- ClassLoader loader;
- try {
- loader = context.getClassLoader();
- } catch (RuntimeException e) {
- Log.w(TAG, "Failure while trying to obtain Context class loader. " +
- "Must be running in test mode. Skip patching.", e);
- return;
- }
- if (loader == null) {
- Log.e(TAG,
- "Context class loader is null. Must be running in test mode. "
- + "Skip patching.");
- return;
- }
- try {
- // 5. 清除舊的dex文件，注意這里不是清除上次加載的dex文件緩存。
- // 獲取dex緩存目錄是，會優(yōu)先獲取/data/data/
/code-cache作為緩存目錄。 - // 如果獲取失敗，則使用/data/data/
/files/code-cache目錄。 - // 這里清除的是第二個目錄。
- clearOldDexDir(context);
- } catch (Throwable t) {
- Log.w(TAG, "Something went wrong when trying to clear old MultiDex extraction, "
- + "continuing without cleaning.", t);
- }
- // 6. 獲取緩存目錄（/data/data/
/code-cache）。 - File dexDir = getDexDir(context, applicationInfo);
- // 7. 加載緩存文件（如果有）。
- List
files = MultiDexExtractor.load(context, applicationInfo, dexDir, false); - // 8. 檢查緩存的dex是否安全
- if (checkValidZipFiles(files)) {
- // 9. 安裝緩存的dex
- installSecondaryDexes(loader, dexDir, files);
- } else {
- // 9. 從apk壓縮包里面提取dex文件
- Log.w(TAG, "Files were not valid zip files. Forcing a reload.");
- files = MultiDexExtractor.load(context, applicationInfo, dexDir, true);
- if (checkValidZipFiles(files)) {
- // 10. 安裝提取的dex
- installSecondaryDexes(loader, dexDir, files);
- } else {
- throw new RuntimeException("Zip files were not valid.");
- }
- }
- }
- } catch (Exception e) {
- Log.e(TAG, "Multidex installation failure", e);
- throw new RuntimeException("Multi dex installation failed (" + e.getMessage() + ").");
- }
- Log.i(TAG, "install done");
- }
具體代碼的分析已經(jīng)在上面代碼的注釋里給出了，從這里我們也可以看出，整個MultiDex.install(Context)的過程中，關(guān)鍵的步驟就是MultiDexExtractor#load方法和MultiDex#installSecondaryDexes方法。
(這部分是題外話)其中有個MultiDex#clearOldDexDir(Context)方法，這個方法的作用是刪除/data/data/
接下來再看看MultiDexExtractor#load這個方法。
- static List
load(Context context, ApplicationInfo applicationInfo, File dexDir, - boolean forceReload) throws IOException {
- Log.i(TAG, "MultiDexExtractor.load(" + applicationInfo.sourceDir + ", " + forceReload + ")");
- final File sourceApk = new File(applicationInfo.sourceDir);
- // 1. 獲取當前Apk文件的crc值。
- long currentCrc = getZipCrc(sourceApk);
- // Validity check and extraction must be done only while the lock file has been taken.
- File lockFile = new File(dexDir, LOCK_FILENAME);
- RandomAccessFile lockRaf = new RandomAccessFile(lockFile, "rw");
- FileChannel lockChannel = null;
- FileLock cacheLock = null;
- List
files; - IOException releaseLockException = null;
- try {
- lockChannel = lockRaf.getChannel();
- Log.i(TAG, "Blocking on lock " + lockFile.getPath());
- // 2. 加上文件鎖，防止多進程沖突。
- cacheLock = lockChannel.lock();
- Log.i(TAG, lockFile.getPath() + " locked");
- // 3. 先判斷是否強制重新解壓，這里第一次會優(yōu)先使用已解壓過的dex文件，如果加載失敗就強制重新解壓。
- // 此外，通過crc和文件修改時間，判斷如果Apk文件已經(jīng)被修改（覆蓋安裝），就會跳過緩存重新解壓dex文件。
- if (!forceReload && !isModified(context, sourceApk, currentCrc)) {
- try {
- // 4. 加載緩存的dex文件
- files = loadExistingExtractions(context, sourceApk, dexDir);
- } catch (IOException ioe) {
- Log.w(TAG, "Failed to reload existing extracted secondary dex files,"
- + " falling back to fresh extraction", ioe);
- // 5. 加載失敗的話重新解壓，并保存解壓出來的dex文件的信息。
- files = performExtractions(sourceApk, dexDir);
- putStoredApkInfo(context,
- getTimeStamp(sourceApk), currentCrc, files.size() + 1);
- }
- } else {
- // 4. 重新解壓，并保存解壓出來的dex文件的信息。
- Log.i(TAG, "Detected that extraction must be performed.");
- files = performExtractions(sourceApk, dexDir);
- putStoredApkInfo(context, getTimeStamp(sourceApk), currentCrc, files.size() + 1);
- }
- } finally {
- if (cacheLock != null) {
- try {
- cacheLock.release();
- } catch (IOException e) {
- Log.e(TAG, "Failed to release lock on " + lockFile.getPath());
- // Exception while releasing the lock is bad, we want to report it, but not at
- // the price of overriding any already pending exception.
- releaseLockException = e;
- }
- }
- if (lockChannel != null) {
- closeQuietly(lockChannel);
- }
- closeQuietly(lockRaf);
- }
- if (releaseLockException != null) {
- throw releaseLockException;
- }
- Log.i(TAG, "load found " + files.size() + " secondary dex files");
- return files;
- }
這個過程主要是獲取可以安裝的dex文件列表，可以是上次解壓出來的緩存文件，也可以是重新從Apk包里面提取出來的。需要注意的時，如果是重新解壓，這里會有明顯的耗時，而且解壓出來的dex文件，會被壓縮成.zip壓縮包，壓縮的過程也會有明顯的耗時(這里壓縮dex文件可能是問了節(jié)省空間)。
如果dex文件是重新解壓出來的，則會保存dex文件的信息，包括解壓的apk文件的crc值、修改時間以及dex文件的數(shù)目，以便下一次啟動直接使用已經(jīng)解壓過的dex緩存文件，而不是每一次都重新解壓。
需要特別提到的是，里面的FileLock是最新的master分支里面新加進去的功能，現(xiàn)在最新的1.0.1版本里面是沒有的。
無論是通過使用緩存的dex文件，還是重新從apk中解壓dex文件，獲取dex文件列表后，下一步就是安裝(或者說加載)這些dex文件了。最后的工作在MultiDex#installSecondaryDexes這個方法里面。
- private static void installSecondaryDexes(ClassLoader loader, File dexDir, List
files) - throws IllegalArgumentException, IllegalAccessException, NoSuchFieldException,
- InvocationTargetException, NoSuchMethodException, IOException {
- if (!files.isEmpty()) {
- if (Build.VERSION.SDK_INT >= 19) {
- V19.install(loader, files, dexDir);
- } else if (Build.VERSION.SDK_INT >= 14) {
- V14.install(loader, files, dexDir);
- } else {
- V4.install(loader, files);
- }
- }
- }
因為在不同的SDK版本上，ClassLoader(更準確來說是DexClassLoader)加載dex文件的方式有所不同，所以這里做了V4/V14/V19的兼容(Magic Code)。
Build.VERSION.SDK_INT < 14
- /**
- * Installer for platform versions 4 to 13.
- */
- private static final class V4 {
- private static void install(ClassLoader loader, List
additionalClassPathEntries) - throws IllegalArgumentException, IllegalAccessException,
- NoSuchFieldException, IOException {
- int extraSize = additionalClassPathEntries.size();
- Field pathField = findField(loader, "path");
- StringBuilder path = new StringBuilder((String) pathField.get(loader));
- String[] extraPaths = new String[extraSize];
- File[] extraFiles = new File[extraSize];
- ZipFile[] extraZips = new ZipFile[extraSize];
- DexFile[] extraDexs = new DexFile[extraSize];
- for (ListIterator
iterator = additionalClassPathEntries.listIterator(); - iterator.hasNext();) {
- File additionalEntry = iterator.next();
- String entryPath = additionalEntry.getAbsolutePath();
- path.append(':').append(entryPath);
- int index = iterator.previousIndex();
- extraPaths[index] = entryPath;
- extraFiles[index] = additionalEntry;
- extraZips[index] = new ZipFile(additionalEntry);
- extraDexs[index] = DexFile.loadDex(entryPath, entryPath + ".dex", 0);
- }
- // 這個版本是最簡單的。
- // 只需要創(chuàng)建DexFile對象后，使用反射的方法分別擴展ClassLoader實例的以下字段即可。
- pathField.set(loader, path.toString());
- expandFieldArray(loader, "mPaths", extraPaths);
- expandFieldArray(loader, "mFiles", extraFiles);
- expandFieldArray(loader, "mZips", extraZips);
- expandFieldArray(loader, "mDexs", extraDexs);
- }
- }
14 <= Build.VERSION.SDK_INT < 19
- /**
- * Installer for platform versions 14, 15, 16, 17 and 18.
- */
- private static final class V14 {
- private static void install(ClassLoader loader, List
additionalClassPathEntries, - File optimizedDirectory)
- throws IllegalArgumentException, IllegalAccessException,
- NoSuchFieldException, InvocationTargetException, NoSuchMethodException {
- // 擴展ClassLoader實例的"pathList"字段。
- Field pathListField = findField(loader, "pathList");
- Object dexPathList = pathListField.get(loader);
- expandFieldArray(dexPathList, "dexElements", makeDexElements(dexPathList,
- new ArrayList
(additionalClassPathEntries), optimizedDirectory)); - }
- private static Object[] makeDexElements(
- Object dexPathList, ArrayList
files, File optimizedDirectory) - throws IllegalAccessException, InvocationTargetException,
- NoSuchMethodException {
- Method makeDexElements =
- findMethod(dexPathList, "makeDexElements", ArrayList.class, File.class);
- return (Object[]) makeDexElements.invoke(dexPathList, files, optimizedDirectory);
- }
- }
從API14開始，DexClassLoader會使用一個DexpDexPathList類來封裝DexFile數(shù)組。
- final class DexPathList {
- private static final String DEX_SUFFIX = ".dex";
- private static final String JAR_SUFFIX = ".jar";
- private static final String ZIP_SUFFIX = ".zip";
- private static final String APK_SUFFIX = ".apk";
- private static Element[] makeDexElements(ArrayList
files, - File optimizedDirectory) {
- ArrayList
elements = new ArrayList (); - for (File file : files) {
- ZipFile zip = null;
- DexFile dex = null;
- String name = file.getName();
- 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 if (name.endsWith(APK_SUFFIX) || name.endsWith(JAR_SUFFIX)
- || name.endsWith(ZIP_SUFFIX)) {
- try {
- zip = new ZipFile(file);
- } catch (IOException ex) {
- System.logE("Unable to open zip file: " + file, ex);
- }
- try {
- dex = loadDexFile(file, optimizedDirectory);
- } catch (IOException ignored) {
- }
- } else {
- System.logW("Unknown file type for: " + 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);
<
本文名稱：MultiDex工作原理分析和優(yōu)化方案
當前URL：http://m.fisionsoft.com.cn/article/ccejijs.html
