[轉]Android dex分包方案

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轉載自:https://m.oschina.net/blog/308583

當一個app的功能越來越複雜，代碼量越來越多，也許有一天便會突然遇到下列現象：

1. 產生的apk在2.3以前的機器無法安裝，提示INSTALL_FAILED_DEXOPT

2. 方法數量過多，編譯時間出錯，提示：

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

 

出現這種問題的原因是：

1. Android2.3及以前版本用來執行dexopt(用於最佳化dex檔案)的記憶體只分配了5M

2. 一個dex檔案最多隻支援65536個方法。

 

針對上述問題，也出現了諸多解決方案，使用的最多的是外掛程式化，即將一些獨立的功能做成一個單獨的apk，當開啟的時候使用DexClassLoader動態載入，然後使用反射機制來調用外掛程式中的類和方法。這固然是一種問題的解決方案：但這種方案存在著以下兩個問題：

1. 外掛程式化只適合一些比較獨立的模組；

2. 必須通過反射機制去調用外掛程式的類和方法，因此，必須搭配一套外掛程式架構來配合使用；

 

由於上述問題的存在，通過不斷研究，便有了dex分包的解決方案。簡單來說，其原理是將編譯好的class檔案拆分打包成兩個dex，繞過dex方法數量的限制以及安裝時的檢查，在運行時再動態載入第二個dex檔案中。faceBook曾經遇到相似的問題，具體可參考：

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

文中有這麼一段話：

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。

文中說得比較簡單，我們來完善一下該方案：除了第一個dex檔案（即正常apk包唯一包含的Dex檔案），其它dex檔案都以資源的方式放在安裝包中，並在Application的onCreate回調中被注入到系統的ClassLoader。因此，對於那些在注入之前已經引用到的類（以及它們所在的jar）,必須放入第一個Dex檔案中。

 

下面通過一個簡單的demo來講述dex分包方案，該方案分為兩步執行：

整個demo的目錄結構是這樣，我打算將SecondActivity，MyContainer以及DropDownView放入第二個dex包中，其它保留在第一個dex包。

一、編譯時間分包

整個編譯流程如下：

 

除了框出來的兩Target，其它都是編譯的標準流程。而這兩個Target正是我們的分包操作。首先來看看spliteClasses target。

 

由於我們這裡僅僅是一個demo,因此放到第二個包中的檔案很少，就是上面提到的三個檔案。分好包之後就要開始產生dex檔案，首先打包第一個dex檔案： 

 

由這裡將${classes}（該檔案夾下都是要打包到第一個dex的檔案）打包產生第一個dex。接著產生第二個dex，並將其打包到資資源檔中：

 

可以看到，此時是將${secclasses}中的檔案打包產生dex，並將其加入ap檔案（打包的資源檔）中。到此，分包完畢，接下來，便來分析一下如何動態將第二個dex包注入系統的ClassLoader。

 

二、將dex分包注入ClassLoader

這裡談到注入，就要談到Android的ClassLoader體系。

 

由可以看出，在葉子節點上，我們能使用到的是DexClassLoader和PathClassLoader，通過查閱開發文檔，我們發現他們有如下使用情境：

1. 關於PathClassLoader，文檔中寫到： Android uses this class for its system class loader and for its application class loader(s),

由此可知，Android應用就是用它來載入;

2. DexClass可以載入apk,jar,及dex檔案，但PathClassLoader只能載入已安裝到系統中（即/data/app目錄下）的apk檔案。

 

知道了兩者的使用情境，下面來分析下具體的載入原理，由可以看到，兩個葉子節點的類都繼承BaseDexClassLoader中，而具體的類載入邏輯也在此類中：

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. }  

 

由上述函數可知，當我們需要載入一個class時，實際是從pathList中去需要的，查閱源碼，發現pathList是DexPathList類的一個執行個體。ok，接著去分析DexPathList類中的findClass函數，

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. }  

上述函數的大致邏輯為：遍曆一個裝在dex檔案（每個dex檔案實際上是一個DexFile對象）的數組（Element數組，Element是一個內部類），然後依次去載入所需要的class檔案，直到找到為止。

看到這裡，注入的解決方案也就浮出水面，假如我們將第二個dex檔案放入Element數組中，那麼在載入第二個dex包中的類時，應該可以直接找到。

帶著這個假設，來完善demo。

在我們自訂的BaseApplication的onCreate中，我們執行注入操作：

[java] view plaincopy

1. public String inject(String libPath) {  

2.     boolean hasBaseDexClassLoader = true;  

3.     try {  

4.         Class.forName("dalvik.system.BaseDexClassLoader");  

5.     } catch (ClassNotFoundException e) {  

6.         hasBaseDexClassLoader = false;  

7.     }  

8.     if (hasBaseDexClassLoader) {  

9.         PathClassLoader pathClassLoader = (PathClassLoader)sApplication.getClassLoader();  

10.         DexClassLoader dexClassLoader = new DexClassLoader(libPath, sApplication.getDir("dex", 0).getAbsolutePath(), libPath, sApplication.getClassLoader());  

11.         try {  

12.             Object dexElements = combineArray(getDexElements(getPathList(pathClassLoader)), getDexElements(getPathList(dexClassLoader)));  

13.             Object pathList = getPathList(pathClassLoader);  

14.             setField(pathList, pathList.getClass(), "dexElements", dexElements);  

15.             return "SUCCESS";  

16.         } catch (Throwable e) {  

17.             e.printStackTrace();  

18.             return android.util.Log.getStackTraceString(e);  

19.         }  

20.     }  

21.     return "SUCCESS";  

22. }   

這是注入的關鍵函數，分析一下這個函數：

參數libPath是第二個dex包的檔案資訊（包含完整路徑，我們當初將其打包到了assets目錄下），然後將其使用DexClassLoader來載入（這裡為什麼必須使用DexClassLoader載入，回顧以上的使用情境），然後通過反射擷取PathClassLoader中的DexPathList中的Element數組（已載入了第一個dex包，由系統載入），以及DexClassLoader中的DexPathList中的Element數組（剛將第二個dex包載入進去），將兩個Element數組合并之後，再將其賦值給PathClassLoader的Element數組，到此，注入完畢。

 

現在試著啟動app，並在TestUrlActivity（在第一個dex包中）中去啟動SecondActivity（在第二個dex包中），啟動成功。這種方案是可行。

 

但是使用dex分包方案仍然有幾個注意點：

1. 由於第二個dex包是在Application的onCreate中動態注入的，如果dex包過大，會使app的啟動速度變慢，因此，在dex分包過程中一定要注意，第二個dex包不宜過大。

2. 由於上述第一點的限制，假如我們的app越來越臃腫和龐大，往往會採取dex分包方案和外掛程式化方案配合使用，將一些非核心獨立功能做成外掛程式載入，核心功能再分包載入。

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