熱修復與插件化基礎——dex與class

一、dex/class淺析

1、class與dex對比

類型	class文件	dex文件
定義	能夠被jvm識別、加載並執行的文件格式	能夠被dvm識別、加載並執行的文件格式
如何生成	使用java命令（javac）	使用java命令、dx命令
作用	記錄一個類文件的所有信息	記錄整個工程中所有類文件的信息

2、生成class與dex文件的指令

生成並運行class文件對於我們而言實在太熟悉了，這裏只演示dex文件的生成與運行。

以 Hello World 爲例：

public class Hello {
    public static void main(String[] args){
        System.out.println("Hello LQR!");
    }
}

1）生成dex文件

生成dex文件需要用到dx指令，與java指令一樣，也是對應一個對應的程序來執行的，最好配置到環境變量中，具體可看文章末尾。

生成dex文件之前需要先生成class文件，所需指令如下：

javac -target 1.6 -source 1.6 Hello.java
dx --dex -- output Hello.dex Hello.class

2）運行dex文件

class文件的運行需要依賴jvm，同理，dex文件的運行需要依賴dvm，所以dex文件需要在Android上才能運行。所需指令如下：

adb push Hello.dex /storage/emulated/0
adb shell
dalvikvm -cp /sdcard/Hello.dex Hello

使用adb將dex文件放送到Android手機的SD卡目錄之後，再使用adb進入shell，運行dvm指令即可。

二、class文件結構深入

1、class文件結構：

• 一種8位字節的二進制流文件
• 各個數據按順序緊密的排列，無間隙
• 每個類或接口都單獨佔據一個class文件

2、class文件結構的詳解：

一個class文件，包含下面表格的所有字段，

類型	名稱	數量	說明
u4	magic	1	魔數，0xCAFEBAB
u2	minor_version	1	次版本號
u2	major_version	1	主版本號
u2	constant_pool_count	1	常量池中常量個數
cp_info	constant_pool	constant_pool_count-1	表類型數據集合，即常量池中每一項常量都是一個表，共有11種結構各不相同的表結構數據
u2	access_flags	1	訪問標誌，用於識別類或接口層次的訪問信息
u2	this_class	1	類索引，用於確定這個類的全限定名
u2	super_class	1	父類索引，用於確定這個類父類的全限定名
u2	interfaces_count	1	接口索引計數器
u2	interfaces	interfaces_count	接口索引集合，用來描述這個類實現了哪些接口
u2	fields_count	1	字段表計數器，即字段表集合中的字段表數據個數
field_info	fields	fields_count	字段表集合，用於描述接口或類中聲明的變量，包括類級別（static）和實例級別變量，不包括在方法內部聲明的變量
u2	methods_count	1	方法表計數器，即方法表集合中的方法表數據個數
method_info	methods	methods_count	方法表集合，方法表結構和字段表結構一樣
u2	attributes_count	1	屬性訂數器
attribute_info	attributes	attributes_count	在Class文件、屬性表、方法表中都可以包含自己的屬性表集合，用於描述某些場景的專有信息

1，無符號數，以u1、u2、u4、u8分別代表1個字節、2個字節、4個字節、8個字節的無符號數
2，表，以“_info”結尾，由多個無符號數或其它表構成的複合數據類型

源自：JVM筆記5：Class文件結構

3、class文件弊端：

由class文件結構（第3點）所導致

• 內存佔用大，不適合移動端
• 堆棧的加載模式，加載速度慢
• 文件IO操作多，類查找慢

基於以上幾個class文件的特點，又因爲移動端運存較小（以當年的移動端手機爲標準），class並不適合直接在移動端設備上運行。

二、dex文件結構深入

1、dex文件結構：

• 一種8位字節的二進制流文件
• 各個數據按順序緊密的排列，無間隙
• 整個應用中所有java源文件都放在一個dex中

2、dex文件結構的詳解：

dex文件與class文件的結構有很大的不同，如下圖所示：

對應的字段說明如下表所示：

數據名稱	解釋
header	dex文件頭部，記錄整個dex文件的相關屬性
string_ids	字符串數據索引，記錄了每個字符串在數據區的偏移量
type_ids	類似數據索引，記錄了每個類型的字符串索引
proto_ids	原型數據索引，記錄了方法聲明的字符串，返回類型字符串，參數列表
field_ids	字段數據索引，記錄了所屬類，類型以及方法名
method_ids	類方法索引，記錄方法所屬類名，方法聲明以及方法名等信息
class_defs	類定義數據索引，記錄指定類各類信息，包括接口，超類，類數據偏移量
data	數據區，保存了各個類的真實數據
link_data	連接數據區

3、dex頭文件

下面是dex頭文件中字段詳解，與class文件的結構有部分相同的地方，但因爲一個dex文件中包含n個class文件，在頭文件中需要對所有class進行標記及記錄相關信息，故會多出一些不同的字段。

字段名稱	偏移值	長度	說明
magic	0x0	8	魔數字段，值爲”dex\n035\0”
checksum	0x8	4	校驗碼
signature	0xc	20	sha-1簽名
file_size	0x20	4	dex文件總長度
header_size	0x24	4	文件頭長度，009版本=0x5c,035版本=0x70
endian_tag	0x28	4	標示字節順序的常量
link_size	0x2c	4	鏈接段的大小，如果爲0就是靜態鏈接
link_off	0x30	4	鏈接段的開始位置
map_off	0x34	4	map數據基址
string_ids_size	0x38	4	字符串列表中字符串個數
string_ids_off	0x3c	4	字符串列表基址
type_ids_size	0x40	4	類列表裏的類型個數
type_ids_off	0x44	4	類列表基址
proto_ids_size	0x48	4	原型列表裏面的原型個數
proto_ids_off	0x4c	4	原型列表基址
field_ids_size	0x50	4	字段個數
field_ids_off	0x54	4	字段列表基址
method_ids_size	0x58	4	方法個數
method_ids_off	0x5c	4	方法列表基址
class_defs_size	0x60	4	類定義標中類的個數
class_defs_off	0x64	4	類定義列表基址
data_size	0x68	4	數據段的大小，必須4k對齊
data_off	0x6c	4	數據段基址

源自：Dex文件格式詳解

對於class文件及dex文件的結構 都可以使用 “010 editor” 這個神器進行查看驗證，網上也有相關的文章說明，有興趣的道友可自行百度 或 訪問如下2篇文章進行查閱瞭解，這裏便不再囉嗦：

• JVM筆記5：Class文件結構
• Dex文件格式詳解

4、dex文件的優勢

dex文件的頭文件與索引區部分，保存了所有類及類中數據的索引，因此，dvm可通過這兩部分快速查找到對應類及數據，相對於直接運行class文件而言，效率上提升了不少。

三、dex與class兩者的異同

經過上面對class文件與dex文件的結構進行大概的瞭解之後，我們可以得出如下幾個結論：

• 本質上都是一樣的，dex是從class文件演變而來的。
• class文件存在許多冗餘信息，dex文件會去除冗餘，並整合。

四、其他

1、配置Android及dx環境變量

以mac爲例，windows請百度。

1. 到用戶目錄下：

cd ~

1. 打開.bash_profile文件

open -e .bash_profile

如果當前用戶目錄下沒有.bash_profile，可以使用 touch .bash_profile 自行創建

export ANDROID_HOME=/Users/lqr/Library/Android/sdk
export PATH=${PATH}:${ANDROID_HOME}/tools
export PATH=${PATH}:${ANDROID_HOME}/platform-tools
export PATH=${PATH}:${ANDROID_HOME}/build-tools/27.0.3

ANDROID_HOME與build-tools的值需要根據電腦的情況修改。

1. 配置生效

source .bash_profile

1. 測試

在終端輸入adb或dx命令看是否有命令反應即可。