Android MultiDex原理及實現記錄

在慕課網上學習了Android Multidex原理及實現,做了一份比較詳細的記錄,感覺還是挺有收獲的,非常感謝作者gavin2008

1、什么是分包及分包可以解決什么問題

重命名Android應用的apk包的格式為rar后綴,解壓后會發現這個apk的目錄結構如下:

apk
    --AndroidManifest.xml
    --R
    --resource.arsc
    --asssets
    --lib
    --META-INF
    --classes.dex

分別是

  • 配置文件AndroidManifest.xml
  • R資源文件,存放drawable、String等資源
  • 資源索引resourece.arsc
  • 未經過壓縮處理保留原文件的assets資源,沒有id
  • lib第三方依賴so庫
  • apk包的簽名信息META-INF
  • 以及代碼文件dex

在Android里面,每一個classes.dex會使用short類型來表示一個dex包的方法數,如果方法數目大于65535,超過short類型所能表示的最大值,就會發生以下異常:

UNEXPECTED TOP-LEVEL EXCEPTION:
com.android.dex.DexIndexOverflowException: method ID not in [0, 0xffff]: 65536
        at com.android.dx.merge.DexMerger$6.updateIndex(DexMerger.java:484)
        at com.android.dx.merge.DexMerger$IdMerger.mergeSorted(DexMerger.java:261)
        at com.android.dx.merge.DexMerger.mergeMethodIds(DexMerger.java:473)
        at com.android.dx.merge.DexMerger.mergeDexes(DexMerger.java:161)
        at com.android.dx.merge.DexMerger.merge(DexMerger.java:188)
        at com.android.dx.command.dexer.Main.mergeLibraryDexBuffers(Main.java:504)
        at com.android.dx.command.dexer.Main.runMonoDex(Main.java:334)
        at com.android.dx.command.dexer.Main.run(Main.java:277)
        at com.android.dx.command.dexer.Main.main(Main.java:245)
        at com.android.dx.command.Main.main(Main.java:106)

而分包技術,會把大于64k方法數的代碼分包成多個dex包,可以解決這樣的問題。

2、Java中Classloader機制介紹

  • AppClassLoader

Java類的全名是sun.misc.Launcher$AppClassLoader,主要加載工程目錄CLASSPATH,AppDemo/bin路徑下的包

Class mainClass = Main.class;
ClassLoader mainLoader = mainClass.getClassLoader();

// 輸出全名sun.misc.Launcher$AppClassLoader
mainLoader.toString() 

// 加載的是該項目的CLASSPATH路徑,AppDemo/bin
URL urls = ((URLClassLoader) mainLoader).getURLs(); 

  • ExtClassLoader(AppClassLoader的parent)

Java類的全名是sun.misc.Launcher$ExtClassLoader,主要加載jre/lib/ext/目錄下的擴展包

  • BootstrapClassLoader(需要通過反射獲?。?/li>

純C++實現的類加載器,沒有對應的Java類,主要加載jre/lib/目錄下的核心庫。

此目錄下的rt.jar中的ArrayList.getClassLoader()打印出來之后是null,因為沒有對應的Java類。

3、父委托機制

能夠提高軟件系統的安全性。如果建立了一個包名 + 類名完全一樣的ArrayList,Java虛擬器仍然會加載到JDK中的jre/lib/rt.jar里面的ArrayList,從而不會被用戶輕易修改。

image

父加載器指的是委托機制中的父級別,并非父類。

4、Android中常用的類加載器

  • PathClassLoader

加載/data/app目錄下的apk文件,從這個目錄看看看出,PathClassLoader主要用來加載已經安裝好了的apk

  • DexClassLoader

加載路徑需要在創建DexClassLoader時傳入,也就是說可以加載任何路徑下的apk/dex/jar

  • BaseClassLoader

DexPathList,操作dex文件的對象

findClass(),查找dex列表中的Class

Element[],存放dex文件的數組

它們的繼承關系如下圖所示:

image

5、AndroidStudio中使用Gradle實現分包方案的代碼實現

Google官方文檔:Configure Apps with Over 64K Methods

現在開發Android應用,能達到突破64k方法的項目,應該都是使用AndroidStudio來開發了吧,下面介紹Gradle的實現方案。在build.gradle文件里面配置如下

android {
    defaultConfig {
        ...
        minSdkVersion 15 
        targetSdkVersion 26
        multiDexEnabled true
    }
    ...
}

dependencies {
  compile 'com.android.support:multidex:1.0.1'
}

沒有重寫Application,需要在AndroidManifest.xml添加

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<manifest xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    package="com.example.myapp">
    <application
            android:name="android.support.multidex.MultiDexApplication" >
        ...
    </application>
</manifest>

重寫了Application,沒有繼承其他Application的情況下:

public class MyApplication extends MultiDexApplication { ... }

重寫了Application,繼承了其他自定義Application的情況下:

public class MyApplication extends SomeOtherApplication {
  @Override
  protected void attachBaseContext(Context base) {
     super.attachBaseContext(base);
     MultiDex.install(this);
  }
}

6、MultiDex原理

方案一

根據父委托機制的原理,在PathClassLoader和BootClassLoader中間插入DexClassLoader,這樣就可以實現由DexClasLoader加載自定義的dex文件jar中的類。

image

方案二

將DexClassLoader的Element[]追加到PathClassLoader中,也就是把所有dex文件都放在了PathClassLoader的PathDexList中。

image

MultiDex源碼如下

/**
 * 將DexClassLoader的Element[]追加到PathClassLoader中
 */
private static void install(ClassLoader loader, List<File> additionalClassPathEntries, File optimizedDirectory) throws IllegalArgumentException, IllegalAccessException, NoSuchFieldException, InvocationTargetException, NoSuchMethodException {
    
    // ...
    
    Field pathListField = MultiDex.findField(loader, "pathList");
    Object dexPathList = pathListField.get(loader);
    ArrayList suppressedExceptions = new ArrayList();
    MultiDex.expandFieldArray(dexPathList, "dexElements", makeDexElements(dexPathList, new ArrayList(additionalClassPathEntries), optimizedDirectory, suppressedExceptions));

    // ...
}

/**
 * 數組復制過程
 */
private static void expandFieldArray(Object instance, String fieldName, Object[] extraElements) throws NoSuchFieldException, IllegalArgumentException, IllegalAccessException {
    Field jlrField = findField(instance, fieldName);
    Object[] original = (Object[])((Object[])jlrField.get(instance));
    Object[] combined = (Object[])((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(instance, combined);
}

7、兩種分包方案的比較

相對于Eclipse中的Ant腳本,以及AndroidStudio中的Gradle腳本

  • Ant分包

優點
可以指定哪些類放入分Dex

缺點
分Dex不能混淆,如果分Dex中引用了主Dex中的類,那么此方法失效

  • Gradle分包

優點
使用簡單,分Dex可以混淆

缺點
無法定制放入哪些類到分Dex

8、總結

理解Android的分包原理之后,對于理解插件技術、熱修復技術會有很大的幫助。

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