Android中的動(dòng)態(tài)加載機(jī)制的學(xué)習(xí)研究
在目前的軟硬件環(huán)境下,Native App與Web App在用戶體驗(yàn)上有著明顯的優(yōu)勢,但在實(shí)際項(xiàng)目中有些會因?yàn)闃I(yè)務(wù)的頻繁變更而頻繁的升級客戶端,造成較差的用戶體驗(yàn),而這也恰恰是Web App的優(yōu)勢。本文對網(wǎng)上Android動(dòng)態(tài)加載jar的資料進(jìn)行梳理和實(shí)踐在這里與大家一起分享,試圖改善頻繁升級這一弊病。
Android應(yīng)用開發(fā)在一般情況下,常規(guī)的開發(fā)方式和代碼架構(gòu)就能滿足我們的普通需求。但是有些特殊問題,常常引發(fā)我們進(jìn)一步的沉思。我們從沉思中產(chǎn)生頓悟,從而產(chǎn)生新的技術(shù)形式。
如何開發(fā)一個(gè)可以自定義控件的Android應(yīng)用?就像eclipse一樣,可以動(dòng)態(tài)加載插件;如何讓Android應(yīng)用執(zhí)行服務(wù)器上的不可預(yù)知的代碼?如何對Android應(yīng)用加密,而只在執(zhí)行時(shí)自解密,從而防止被破解?……
熟悉Java技術(shù)的朋友,可能意識到,我們需要使用類加載器靈活的加載執(zhí)行的類。這在Java里已經(jīng)算是一項(xiàng)比較成熟的技術(shù)了,但是在Android中,我們大多數(shù)人都還非常陌生。
類加載機(jī)制
Dalvik虛擬機(jī)如同其他Java虛擬機(jī)一樣,在運(yùn)行程序時(shí)首先需要將對應(yīng)的類加載到內(nèi)存中。而在Java標(biāo)準(zhǔn)的虛擬機(jī)中,類加載可以從class文件中讀取,也可以是其他形式的二進(jìn)制流,因此,我們常常利用這一點(diǎn),在程序運(yùn)行時(shí)手動(dòng)加載Class,從而達(dá)到代碼動(dòng)態(tài)加載執(zhí)行的目的
然而Dalvik虛擬機(jī)畢竟不算是標(biāo)準(zhǔn)的Java虛擬機(jī),因此在類加載機(jī)制上,它們有相同的地方,也有不同之處。我們必須區(qū)別對待
例如,在使用標(biāo)準(zhǔn)Java虛擬機(jī)時(shí),我們經(jīng)常自定義繼承自ClassLoader的類加載器。然后通過defineClass方法來從一個(gè)二進(jìn)制流中加載Class。然而,這在Android里是行不通的,大家就沒必要走彎路了。參看源碼我們知道,Android中ClassLoader的defineClass方法具體是調(diào)用VMClassLoader的defineClass本地靜態(tài)方法。而這個(gè)本地方法除了拋出一個(gè)“UnsupportedOperationException”之外,什么都沒做,甚至連返回值都為空
static void Dalvik_java_lang_VMClassLoader_defineClass(const u4* args,JValue* pResult){
Object* loader = (Object*) args[0];
StringObject* nameObj = (StringObject*) args[1];
const u1* data = (const u1*) args[2];
int offset = args[3];
int len = args[4];
Object* pd = (Object*) args[5];
char* name = NULL;
name = dvmCreateCstrFromString(nameObj);
LOGE("ERROR: defineClass(%p, %s, %p, %d, %d, %p)\n",loader, name, data, offset, len, pd);
dvmThrowException("Ljava/lang/UnsupportedOperationException;","can't load this type of class file");
free(name);
RETURN_VOID();
}
Dalvik虛擬機(jī)類加載機(jī)制
那如果在Dalvik虛擬機(jī)里,ClassLoader不好使,我們?nèi)绾螌?shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)加載類呢?Android為我們從ClassLoader派生出了兩個(gè)類:DexClassLoader和PathClassLoader。其中需要特別說明的是PathClassLoader中一段被注釋掉的代碼:
/* --this doesn't work in current version of Dalvik--
if (data != null) {
System.out.println("--- Found class " + name
+ " in zip[" + i + "] '" + mZips[i].getName() + "'");
int dotIndex = name.lastIndexOf('.');
if (dotIndex != -1) {
String packageName = name.substring(0, dotIndex);
synchronized (this) {
Package packageObj = getPackage(packageName);
if (packageObj == null) {
definePackage(packageName, null, null,
null, null, null, null, null);
}
}
}
return defineClass(name, data, 0, data.length);
}
*/
這從另一方面佐證了defineClass函數(shù)在Dalvik虛擬機(jī)里確實(shí)是被閹割了。而在這兩個(gè)繼承自ClassLoader的類加載器,本質(zhì)上是重載了ClassLoader的findClass方法。在執(zhí)行l(wèi)oadClass時(shí),我們可以參看ClassLoader部分源碼:
protected Class<?> loadClass(String className, boolean resolve) throws ClassNotFoundException {
Class<?> clazz = findLoadedClass(className);
if (clazz == null) {
try {
clazz = parent.loadClass(className, false);
} catch (ClassNotFoundException e) {
// Don't want to see this.
}
if (clazz == null) {
clazz = findClass(className);
}
}
return clazz;
}
因此DexClassLoader和PathClassLoader都屬于符合雙親委派模型的類加載器(因?yàn)樗鼈儧]有重載loadClass方法)。也就是說,它們在加載一個(gè)類之前,回去檢查自己以及自己以上的類加載器是否已經(jīng)加載了這個(gè)類。如果已經(jīng)加載過了,就會直接將之返回,而不會重復(fù)加載。
DexClassLoader和PathClassLoader其實(shí)都是通過DexFile這個(gè)類來實(shí)現(xiàn)類加載的。這里需要順便提一下的是,Dalvik虛擬機(jī)識別的是dex文件,而不是class文件。因此,我們供類加載的文件也只能是dex文件,或者包含有dex文件的.apk或.jar文件。
也許有人想到,既然DexFile可以直接加載類,那么我們?yōu)槭裁催€要使用ClassLoader的子類呢?DexFile在加載類時(shí),具體是調(diào)用成員方法loadClass或者loadClassBinaryName。其中l(wèi)oadClassBinaryName需要將包含包名的類名中的”.”轉(zhuǎn)換為”/”我們看一下loadClass代碼就清楚了:
public Class loadClass(String name, ClassLoader loader) {
String slashName = name.replace('.', '/');
return loadClassBinaryName(slashName, loader);
}
在這段代碼前有一段注釋,截取關(guān)鍵一部分就是說:If you are not calling this from a class loader, this is most likely not going to do what you want. Use {@link Class#forName(String)} instead. 這就是我們需要使用ClassLoader子類的原因。至于它是如何驗(yàn)證是否是在ClassLoader中調(diào)用此方法的,我沒有研究,大家如果有興趣可以繼續(xù)深入下去。
有一個(gè)細(xì)節(jié),可能大家不容易注意到。PathClassLoader是通過構(gòu)造函數(shù)new DexFile(path)來產(chǎn)生DexFile對象的;而DexClassLoader則是通過其靜態(tài)方法loadDex(path, outpath, 0)得到DexFile對象。這兩者的區(qū)別在于DexClassLoader需要提供一個(gè)可寫的outpath路徑,用來釋放.apk包或者.jar包中的dex文件。換個(gè)說法來說,就是PathClassLoader不能主動(dòng)從zip包中釋放出dex,因此只支持直接操作dex格式文件,或者已經(jīng)安裝的apk(因?yàn)橐呀?jīng)安裝的apk在cache中存在緩存的dex文件)。而DexClassLoader可以支持.apk、.jar和.dex文件,并且會在指定的outpath路徑釋放出dex文件。
另外,PathClassLoader在加載類時(shí)調(diào)用的是DexFile的loadClassBinaryName,而DexClassLoader調(diào)用的是loadClass。因此,在使用PathClassLoader時(shí)類全名需要用”/”替換”.”
實(shí)際操作
使用到的工具都比較常規(guī):javac、dx、eclipse等其中dx工具最好是指明--no-strict,因?yàn)閏lass文件的路徑可能不匹配
加載好類后,通常我們可以通過Java反射機(jī)制來使用這個(gè)類但是這樣效率相對不高,而且老用反射代碼也比較復(fù)雜凌亂。更好的做法是定義一個(gè)interface,并將這個(gè)interface寫進(jìn)容器端。待加載的類,繼承自這個(gè)interface,并且有一個(gè)參數(shù)為空的構(gòu)造函數(shù),以使我們能夠通過Class的newInstance方法產(chǎn)生對象然后將對象強(qiáng)制轉(zhuǎn)換為interface對象,于是就可以直接調(diào)用成員方法了,下面是具體的實(shí)現(xiàn)步驟了:
第一步:
編寫好動(dòng)態(tài)代碼類:

package com.dynamic.interfaces;
import android.app.Activity;
/**
* 動(dòng)態(tài)加載類的接口
*/
public interface IDynamic {
/**初始化方法*/
public void init(Activity activity);
/**自定義方法*/
public void showBanner();
public void showDialog();
public void showFullScreen();
public void showAppWall();
/**銷毀方法*/
public void destory();
}
實(shí)現(xiàn)類代碼如下:
package com.dynamic.impl;
import android.app.Activity;
import android.widget.Toast;
import com.dynamic.interfaces.IDynamic;
/**
* 動(dòng)態(tài)類的實(shí)現(xiàn)
*
*/
public class Dynamic implements IDynamic{
private Activity mActivity;
@Override
public void init(Activity activity) {
mActivity = activity;
}
@Override
public void showBanner() {
Toast.makeText(mActivity, "我是ShowBannber方法", 1500).show();
}
@Override
public void showDialog() {
Toast.makeText(mActivity, "我是ShowDialog方法", 1500).show();
}
@Override
public void showFullScreen() {
Toast.makeText(mActivity, "我是ShowFullScreen方法", 1500).show();
}
@Override
public void showAppWall() {
Toast.makeText(mActivity, "我是ShowAppWall方法", 1500).show();
}
@Override
public void destory() {
}
}
這樣動(dòng)態(tài)類就開發(fā)好了
第二步:
將上面開發(fā)好的動(dòng)態(tài)類打包成.jar,這里要注意的是只打包實(shí)現(xiàn)類Dynamic.java,不打包接口類IDynamic.java,
然后將打包好的jar文件拷貝到android的安裝目錄中的platform-tools目錄下,使用dx命令:(我的jar文件是dynamic.jar)
dx --dex --output=dynamic_temp.jar dynamic.jar
這樣就生成了dynamic_temp.jar,這個(gè)jar和dynamic.jar有什么區(qū)別呢?
其實(shí)這條命令主要做的工作是:首先將dynamic.jar編譯成dynamic.dex文件(Android虛擬機(jī)認(rèn)識的字節(jié)碼文件),然后再將dynamic.dex文件壓縮成dynamic_temp.jar,當(dāng)然你也可以壓縮成.zip格式的,或者直接編譯成.apk文件都可以的,這個(gè)后面會說到。
到這里還不算完事,因?yàn)槟阆胂胗檬裁磥磉B接動(dòng)態(tài)類和目標(biāo)類呢?那就是動(dòng)態(tài)類的接口了,所以這時(shí)候還要打個(gè).jar包,這時(shí)候只需要打接口類IDynamic.java了
然后將這個(gè).jar文件引用到目標(biāo)類中,下面來看一下目標(biāo)類的實(shí)現(xiàn):
package com.jiangwei.demo;
import java.io.File;
import java.util.List;
import android.app.Activity;
import android.content.Intent;
import android.content.pm.ActivityInfo;
import android.content.pm.PackageManager;
import android.content.pm.ResolveInfo;
import android.os.Bundle;
import android.os.Environment;
import android.view.View;
import android.widget.Button;
import android.widget.Toast;
import com.dynamic.interfaces.IDynamic;
import dalvik.system.DexClassLoader;
import dalvik.system.PathClassLoader;
public class AndroidDynamicLoadClassActivity extends Activity {
//動(dòng)態(tài)類加載接口
private IDynamic lib;
@Override
public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.main);
//初始化組件
Button showBannerBtn = (Button) findViewById(R.id.show_banner_btn);
Button showDialogBtn = (Button) findViewById(R.id.show_dialog_btn);
Button showFullScreenBtn = (Button) findViewById(R.id.show_fullscreen_btn);
Button showAppWallBtn = (Button) findViewById(R.id.show_appwall_btn);
/**使用DexClassLoader方式加載類*/
//dex壓縮文件的路徑(可以是apk,jar,zip格式)
String dexPath = Environment.getExternalStorageDirectory().toString() + File.separator + "Dynamic.apk";
//dex解壓釋放后的目錄
//String dexOutputDir = getApplicationInfo().dataDir;
String dexOutputDirs = Environment.getExternalStorageDirectory().toString();
//定義DexClassLoader
//第一個(gè)參數(shù):是dex壓縮文件的路徑
//第二個(gè)參數(shù):是dex解壓縮后存放的目錄
//第三個(gè)參數(shù):是C/C++依賴的本地庫文件目錄,可以為null
//第四個(gè)參數(shù):是上一級的類加載器
DexClassLoader cl = new DexClassLoader(dexPath,dexOutputDirs,null,getClassLoader());
/**使用PathClassLoader方法加載類*/
//創(chuàng)建一個(gè)意圖,用來找到指定的apk:這里的"com.dynamic.impl是指定apk中在AndroidMainfest.xml文件中定義的<action name="com.dynamic.impl"/>
Intent intent = new Intent("com.dynamic.impl", null);
//獲得包管理器
PackageManager pm = getPackageManager();
List<ResolveInfo> resolveinfoes = pm.queryIntentActivities(intent, 0);
//獲得指定的activity的信息
ActivityInfo actInfo = resolveinfoes.get(0).activityInfo;
//獲得apk的目錄或者jar的目錄
String apkPath = actInfo.applicationInfo.sourceDir;
//native代碼的目錄
String libPath = actInfo.applicationInfo.nativeLibraryDir;
//創(chuàng)建類加載器,把dex加載到虛擬機(jī)中
//第一個(gè)參數(shù):是指定apk安裝的路徑,這個(gè)路徑要注意只能是通過actInfo.applicationInfo.sourceDir來獲取
//第二個(gè)參數(shù):是C/C++依賴的本地庫文件目錄,可以為null
//第三個(gè)參數(shù):是上一級的類加載器
PathClassLoader pcl = new PathClassLoader(apkPath,libPath,this.getClassLoader());
//加載類
try {
//com.dynamic.impl.Dynamic是動(dòng)態(tài)類名
//使用DexClassLoader加載類
//Class libProviderClazz = cl.loadClass("com.dynamic.impl.Dynamic");
//使用PathClassLoader加載類
Class libProviderClazz = pcl.loadClass("com.dynamic.impl.Dynamic");
lib = (IDynamic)libProviderClazz.newInstance();
if(lib != null){
lib.init(AndroidDynamicLoadClassActivity.this);
}
} catch (Exception exception) {
exception.printStackTrace();
}
/**下面分別調(diào)用動(dòng)態(tài)類中的方法*/
showBannerBtn.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
public void onClick(View view) {
if(lib != null){
lib.showBanner();
}else{
Toast.makeText(getApplicationContext(), "類加載失敗", 1500).show();
}
}
});
showDialogBtn.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
public void onClick(View view) {
if(lib != null){
lib.showDialog();
}else{
Toast.makeText(getApplicationContext(), "類加載失敗", 1500).show();
}
}
});
showFullScreenBtn.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
public void onClick(View view) {
if(lib != null){
lib.showFullScreen();
}else{
Toast.makeText(getApplicationContext(), "類加載失敗", 1500).show();
}
}
});
showAppWallBtn.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
public void onClick(View view) {
if(lib != null){
lib.showAppWall();
}else{
Toast.makeText(getApplicationContext(), "類加載失敗", 1500).show();
}
}
});
}
}
這里面定義了一個(gè)IDynamic接口變量,同時(shí)使用了DexClassLoader和PathClassLoader來加載類,這里面先來說一說
DexClassLoader方式加載: //定義DexClassLoader //第一個(gè)參數(shù):是dex壓縮文件的路徑 //第二個(gè)參數(shù):是dex解壓縮后存放的目錄 //第三個(gè)參數(shù):是C/C++依賴的本地庫文件目錄,可以為null //第四個(gè)參數(shù):是上一級的類加載器 DexClassLoader cl = new DexClassLoader(dexPath,dexOutputDirs,null,getClassLoader());
上面已經(jīng)說了,DexClassLoader是繼承ClassLoader類的,這里面的參數(shù)說明:
第一個(gè)參數(shù)是:dex壓縮文件的路徑:這個(gè)就是我們將上面編譯后的dynamic_temp.jar存放的目錄,當(dāng)然也可以是.zip和.apk格式的
第二個(gè)參數(shù)是:dex解壓后存放的目錄:這個(gè)就是將.jar,.zip,.apk文件解壓出的dex文件存放的目錄,這個(gè)就和PathClassLoader方法有區(qū)別了,同時(shí)你也可以看到PathClassLoader方法中沒有這個(gè)參數(shù),這個(gè)也真是這兩個(gè)類的區(qū)別:
PathClassLoader不能主動(dòng)從zip包中釋放出dex,因此只支持直接操作dex格式文件,或者已經(jīng)安裝的apk(因?yàn)橐呀?jīng)安裝的apk在手機(jī)的data/dalvik目錄中存在緩存的dex文件)。而DexClassLoader可以支持.apk、.jar和.dex文件,并且會在指定的outpath路徑釋放出dex文件。
然而我們可以通過DexClassLoader方法指定解壓后的dex文件的存放目錄,但是我們一般不這么做,因?yàn)檫@樣做無疑的暴露了dex文件,所以我們一般不會將.jar/.zip/.apk壓縮文件存放到用戶可以察覺到的位置,同時(shí)解壓dex的目錄也是不能讓用戶看到的。
第三個(gè)參數(shù)和第四個(gè)參數(shù)用到的不是很多,所以這里就不做太多的解釋了。
這里還要注意一點(diǎn)就是PathClassLoader方法的時(shí)候,第一個(gè)參數(shù)是dex存放的路徑,這里傳遞的是:
//獲得apk的目錄或者jar的目錄 String apkPath = actInfo.applicationInfo.sourceDir;
指定的apk安裝路徑,這個(gè)值只能這樣獲取,不然會加載類失敗的
第三步:
運(yùn)行目標(biāo)類:
要做的工作是:
如果用的是DexClassLoader方式加載類:這時(shí)候需要將.jar或者.zip或者.apk文件放到指定的目錄中,我這里為了方便就放到sd卡的根目錄中
如果用的是PathClassLoader方法加載類:這時(shí)候需要先將Dynamic.apk安裝到手機(jī)中,不然找不到這個(gè)activity,同時(shí)要注意的是:
//創(chuàng)建一個(gè)意圖,用來找到指定的apk:這里的"com.dynamic.impl是指定apk中在AndroidMainfest.xml文件中定義的<action name="com.dynamic.impl"/>
Intent intent = new Intent("com.dynamic.impl", null);
這里的com.dynamic.impl是一個(gè)action需要在指定的apk中定義,這個(gè)名稱是動(dòng)態(tài)apk和目標(biāo)apk之間約定好的
運(yùn)行結(jié)果

點(diǎn)擊showBanner顯示一個(gè)Toast,成功的運(yùn)行了動(dòng)態(tài)類中的代碼!
其實(shí)更好的辦法就是將動(dòng)態(tài)的.jar.zip.apk文件從網(wǎng)絡(luò)上獲取,安全可靠,同時(shí)本地的目標(biāo)項(xiàng)目不需要改動(dòng)代碼就可以執(zhí)行不同的邏輯了
關(guān)于代碼加密的一些設(shè)想
最初設(shè)想將dex文件加密,然后通過JNI將解密代碼寫在Native層。解密之后直接傳上二進(jìn)制流,再通過defineClass將類加載到內(nèi)存中。
現(xiàn)在也可以這樣做,但是由于不能直接使用defineClass,而必須傳文件路徑給dalvik虛擬機(jī)內(nèi)核,因此解密后的文件需要寫到磁盤上,增加了被破解的風(fēng)險(xiǎn)。
Dalvik虛擬機(jī)內(nèi)核僅支持從dex文件加載類的方式是不靈活的,由于沒有非常深入的研究內(nèi)核,我不能確定是Dalvik虛擬機(jī)本身不支持還是Android在移植時(shí)將其閹割了。不過相信Dalvik或者是Android開源項(xiàng)目都正在向能夠支持raw數(shù)據(jù)定義類方向努力。
我們可以在文檔中看到Google說:Jar or APK file with "classes.dex". (May expand this to include "raw DEX" in the future.);在Android的Dalvik源碼中我們也能看到RawDexFile的身影(不過沒有具體實(shí)現(xiàn))
在RawDexFile出來之前,我們都只能使用這種存在一定風(fēng)險(xiǎn)的加密方式。需要注意釋放的dex文件路徑及權(quán)限管理,另外,在加載完畢類之后,除非出于其他目的否則應(yīng)該馬上刪除臨時(shí)的解密文件。
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