【Android熱修復與插件化 二】class&dex文件詳解

一. class文件結構深入解析（生成&執行&內部結構）

1. 如何生成一個class文件？

class文件是能夠被JVM識別，加載並執行的文件格式。說白了，它就是一種文件格式，就像mp4、jpg、txt等文件格式一樣。
只有java源代碼能編譯成class文件嗎？
下圖幾種語言也能編譯成class文件。

2. 如何生成一個class文件？

一般來說，有兩種方式生成class文件：

• IDE會自動幫我們build出class文件
• 手動通過javac去生成class文件（IDE也是通過javac生成的）

3. class文件的作用

記錄一個類文件的所有信息。

4. class文件格式詳解（重點）

• 一種8位字節的二進制流文件（與音視頻文件一樣）
• 各個數據按順序緊密的排列，無間隙（不像有些文件，爲了讀取上的方便，會做一些填充，比如每80字節是一行）
• 每個類、枚舉、接口都單獨佔據一個class文件

下面我們來講解一下class文件結構

我們逐行來講解每個字段的作用。

• magic字段。它是無符號4字節類型。它的作用是一個摘要段，好比文件的md5加密，用來判斷class文件是否有被篡改。
• minor_version字段。它指明class文件最早可以支持的jdk版本。
• major_version字段。表示當前class文件是由那個jdk版本生成的。
• constant_pool_count字段。表示class文件中常量池的數量，通常來說，只有一個常量池。

• constant_pool字段[核心]。這個字段代表真正的常量池，它是cp_info類型。也就是說，是一個結構體類型。constant_pool的取值範圍如下：
  CONSTANT_Integer_info：int類型
  CONSTANT_Long_info：long類型
  CONSTANT_String_info：String類型
  CONSTANT_Class_info：類相關信息
  CONSTANT_Fieldref_info：類中成員變量相關信息
  CONSTANT_Methodref_info：類中方法相關信息

• access_flag字段。表示class文件的作用域，比如public，private等。如下圖，access_flags可以取如下值。
  

• this_class字段。在java源文件中沒有定義this關鍵字，而jdk在生成class文件時補充了這個字段。
• super_class字段。跟this_class原理類似。
• interfaces_count字段。表明當前class文件實現了多少個接口，且只會記錄直接實現的接口數量。
• interfaces字段。表明當前class文件直接實現的接口數量。
• fields_count字段。表明當前class文件所有成員變量個數。
• fields字段。是field_info類型。表明成員變量類型、名稱等。記錄當前class文件所有成員變量。
• methods_count字段。
• methods字段。
• attribute_count字段。屬性個數。
• attributes字段。

5. class文件弊端

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

二. dex文件結構深入解析（生成&執行&內部結構）

1. 什麼是dex文件？

能夠被DVM識別，加載並執行的文件格式

2. 如何生成一個dex文件？

• 通過IDE自動build生成
• 手動通過dx命令生成dex文件

那麼，如何用dx命令生成dex文件，並在手機上運行呢？

1. 找到 sdk目錄/build-tools/sdk版本，如我的路徑：
   /Users/colinambitious/Library/Android/sdk/build-tools/26.0.22.
   在此文件夾下可以找到dx文件，將此目錄設爲環境變量。

2. 寫一個Test.java文件

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

3. 使用以下命令，編譯成class文件：
   javac -target 1.6 -source 1.6 Test.java

4. 使用adb命令，將生成的class文件push到手機上
   adb push Test.dex /storage/emulated/0
5. 使用adb shell命令，遠程連接到手機
   adb shell
6. 運行該dex文件
   dalvikvm -cp ./Test.dex Test

3. dex文件的作用

記錄整個工程中所有類文件的信息，

4. dex文件格式詳解（重點）

• 一種8字節的二進制流文件
• 各個數據按順序緊密排列，無間隙
• 整個應用所有java源文件都在一個dex中

我們來結合下面這張圖來講解。

dex文件總共有三個部分：文件頭、索引區、數據區。

• 文件頭header。主要記錄了dex文件信息。
• 索引區。包含了字符串索引、類型索引、方法原型索引、域索引、方法索引。
• 數據區。包含了索引區索引的內容。

三. class文件與dex文件對比

• 本質上class文件和dex文件都是一樣的（java源文件演變而來），而dex文件又是從class文件演變而來的。
• class文件存在許多冗餘信息，dex去除冗餘。因爲，class文件一個類就有一個常量池，dex文件中所有數據都是存儲在同一個數據區的。

從下面這張圖可以看出，jar包中每一個class都有header、constant pool等，而dex把這些所有class的信息整合到了一起。