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Android類動態(tài)加載技術
Android應用開發(fā)在一般情況下，常規(guī)的開發(fā)方式和代碼架構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)生新的技術形式。
如何開發(fā)一個可以自定義控件的Android應用？就像eclipse一樣，可以動態(tài)加載插件；如何讓Android應用執(zhí)行服務器上的不可預知的代碼？如何對Android應用加密，而只在執(zhí)行時自解密，從而防止被破解？……
熟悉Java技術的朋友，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)算是一項比較成熟的技術了，但是在Android中，我們大多數(shù)人都還非常陌生。
類加載機制
Dalvik虛擬機如同其他Java虛擬機一樣，在運行程序時首先需要將對應的類加載到內(nèi)存中。而在Java標準的虛擬機中，類加載可以從class文件中讀取，也可以是其他形式的二進制流。因此，我們常常利用這一點，在程序運行時手動加載Class，從而達到代碼動態(tài)加載執(zhí)行的目的。
然而Dalvik虛擬機畢竟不算是標準的Java虛擬機，因此在類加載機制上，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，在使用標準Java虛擬機時，我們經(jīng)常自定義繼承自ClassLoader的類加載器。然后通過defineClass方法來從一個二進制流中加載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。而這個本地方法除了拋出一個“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虛擬機類加載機制
那如果在Dalvik虛擬機里，ClassLoader不好使，我們?nèi)绾螌崿F(xiàn)動態(tài)加載類呢？Android為我們從ClassLoader派生出了兩個類：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虛擬機里確實是被閹割了。而在這兩個繼承自ClassLoader的類加載器，本質(zhì)上是重載了ClassLoader的findClass方法。在執(zhí)行loadClass時，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（因為它們沒有重載loadClass方法）。也就是說，它們在加載一個類之前，回去檢查自己以及自己以上的類加載器是否已經(jīng)加載了這個類。如果已經(jīng)加載過了，就會直接將之返回，而不會重復加載。
DexClassLoader和PathClassLoader其實都是通過DexFile這個類來實現(xiàn)類加載的。這里需要順便提一下的是，Dalvik虛擬機識別的是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，具體是調(diào)用成員方法loadClass或者loadClassBinaryName。其中loadClassBinaryName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。
有一個細節(jié)，可能大家不容易注意到。PathClassLoader是通過構造函數(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需要提供一個可寫的outpath路徑，用來釋放.apk包或者.jar包中的dex文件。換個說法來說，就是PathClassLoader不能主動從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（因為已經(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在加載類時調(diào)用的是DexFile的loadClassBinaryName，而DexClassLoader調(diào)用的是loadClass。因此，在使用PathClassLoader時類全名需要用”/”替換”.”。
實際操作
這一部分比較簡單，因此我就不贅言了。只是簡單的說下。
可能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，因為class文件的路徑可能不匹配。
加載好類后，通常我們可以通過Java反射機制來使用這個類。但是這樣效率相對不高，而且老用反射代碼也比較復雜凌亂。更好的做法是定義一個interface，并將這個interface寫進容器端。待加載的類，繼承自這個interface，并且有一個參數(shù)為空的構造函數(shù)，以使我們能夠通過Class的newInstance方法產(chǎn)生對象。然后將對象強制轉(zhuǎn)換為interface對象，于是就可以直接調(diào)用成員方法了。
關于代碼加密的一些設想
最初設想將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，增加了被破解的風險。
Dalvik虛擬機內(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虛擬機本身不支持還是Android在移植時將其閹割了。不過相信Dalvik或者是Android開源項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（不過沒有具體實現(xiàn)）。
在RawDexFile出來之前，我們都只能使用這種存在一定風險的加密方式。需要注意釋放的dex文件路徑及權限管理，另外，在加載完畢類之后，除非出于其他目的否則應該馬上刪除臨時的解密文件。
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