瞭解熱修復，需要有點預熱的知識，先從class文件和dex文件說起
class文件和dex文件
class文件
什麼是class文件
他是一種文件格式
簡單說，就是能被JVM虛擬機識別、加載、並執行的文件格式
而且除了java語言，還有很多其他語言也可以編譯出class文件，當然還有kotlin
如何手動編譯出一個class文件
很簡單
javac hello.java
class文件的作用
記錄一個類文件裏的所有信息，記住是一個類文件，而且是所有信息
Class類文件結構
詳細的可參考【深入Java虛擬機】之二：Class類文件結構
這裏簡要說一下：
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Class文件是一組以8位字節爲基礎單位的二進制流，各個數據項目嚴格按照順序緊湊地排列在Class文件中，中間沒有添加任何分隔符，這使得整個Class文件中存儲的內容幾乎全部都是程序運行的必要數據。
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下表列出了Class文件中各個數據項的具體含義：
magic
每個Class文件的頭4個字節稱爲魔數（magic），它的唯一作用是判斷該文件是否爲一個能被虛擬機接受的Class文件。它的值固定爲0xCAFEBABE。
version
緊接着magic的4個字節存儲的是Class文件的次版本號和主版本號，高版本的JDK能向下兼容低版本的Class文件，但不能運行更高版本的Class文件。
constant_pool
常量池是class文件中非常重要的結構，它描述着整個class文件的字面量信息。
常量池是由一組constant_pool結構體數組組成的，而數組的大小則由常量池計數器指定。
常量池計數器constant_pool_count 的值 =constant_pool表中的成員數+ 1。constant_pool表的索引值只有在大於 0 且小於constant_pool_count時纔會被認爲是有效的。
access_flag
this_class、super_class、interfaces
fields
methods
attributes
來個大圖
好了，看看二進制文件究竟長什麼樣
這個是使用一個工具來查看class文件的內容
爲什麼Android沒使用class文件，而是創造了dex文件呢
- class文件內存佔用大，不適合移動端，最關鍵就是一個class文件只能表述一個類文件的所有屬性
- 堆棧的加載模式，加載速度較慢
- 文件IO操作多，類查找慢
dex文件
什麼是dex文件
能被DVM虛擬機識別、加載、並執行的文件格式
如何手動編譯一個dex文件
在build-tools裏面找到dx.bat
要使用dx命令，記得配置環境變量
- javac命令 生成class文件
javac hello.java
- dx命令 生成dex文件
dx --dex --output hello.dex hello.class
- adb命令把hello.dex文件放到手機內存卡
adb push hello.dex /storage/emulated/0
- 進入shell
adb shell
- dalvikvm命令 執行dex文件裏的hello方法
注意dex文件必須在Andriod手機執行，因爲手機裏纔有DVM虛擬機
dalvikvm -cp /sdcard/hello.dex hello
dex文件的作用
一個class文件只是記錄一個Java類的所有信息
但是一個dex記錄所有類文件的信息，是整個工程的信息
dex文件結構
上圖中的文件頭部分，記錄了dex文件的信息，所有字段大致的一個分部；
索引區部分，主要包含字符串、類型、方法原型、域、方法的索引；
索引區最終又被存儲在數據區，其中鏈接數據區，主要存儲動態鏈接庫，so庫的信息。
dex文件長什麼樣子呢
來張大圖
dex與class異同
當java程序編譯成class後，還需要使用dx工具將所有的class文件整合到一個dex文件，目的是其中各個類能夠共享數據，在一定程度上降低了冗餘，同時也是文件結構更加經湊，實驗表明，dex文件是傳統jar文件大小的50%左右
編年體與紀傳體
紀傳體通過記敘人物活動反映歷史事件的體裁，通過記敘人物活動，反映歷史事件。 如：《秦始皇本記.class》《項羽本紀.class》《高祖本紀.class》
編年體是中國傳統史書的一種體裁，它是以年代爲線索編排有關歷史事件。編年體史書以時間爲中心，按年、月、日順序記述史事。因爲它以時間爲經，以史事爲緯，比較容易反映出同一時期各個歷史事件的聯繫。 例如：《春秋.dex》《左傳.dex》《資治通鑑.dex》。
JVM虛擬機簡介
jvm整體結構與組成
內存裏存儲class文件的不同部分,對應內存空間裏的不同部分
編譯流程
類加載器
jvm的classloader與Android裏的classloader區別較大
下圖爲jvm的類加載器，
Android的類加載器是熱修復的核心，接下來會專門說
類加載流程
jvm內存管理和垃圾回收
java棧區
java棧幀
每個方法從調用到執行完成，就是對應一個棧幀在虛擬機從入棧到出棧的過程
棧幀裏包含局部變量表、棧操作數、動態鏈接、方法入口
A方法調用B方法，就會在調用B方法代碼時，java虛擬就就會創建一個保存B方法的棧幀，然後壓入棧區，當B方法執行完後，這個棧幀就會彈出棧區，這就是使我們經常說的，棧內存不需要我們管理，局部變量會在方法調用結束後，自動回收。
另外，從這裏可以看出，每個方法對應一個棧幀，如果遞歸方法嵌套太深，當棧的深度大於jvm所允許的最大深度時候，會引起Stack Overflow，棧溢出，所以遞歸慎用，
本地方法棧
爲native方法服務的，也是通過棧幀實現對本地方法的調用
方法區
存儲虛擬機加載的類信息、常量、靜態變量、及時編譯器編譯後的數據
這塊區域，永遠佔據內存，知道退出進程
所以常量、靜態變量生命週期很長，只有App退出，纔會被回收，所以，很多內存泄漏都是不合理使用靜態變量引起的
堆區
所有通過new創建的對象的內存都在堆區分配
是虛擬機中最大的一塊內存，是GC要回收的部分
新生代與老生代，簡單說，剛剛創建的對象會存在新生代裏，當新生代對象越來越多，內存不足時候，jvm會通過自己的一套算法，把對象從新生代移動到老生代，這樣新生代就會多出一部分空間了，還能接受新的對象。當新生代和老生代的內存都滿了，再來對象就會oom
爲什麼要分新生代+老生代
這是爲了讓開發者動態調整新生代和老生代的大小，例如在做即時通訊時，臨時的消息對象創建的比較多，就可以把新生代這塊區域調整大一些，便於新對象的分配
垃圾回收
引用計數算法
引用計數器：被引用+1,引用銷燬-1，爲0，則可以被銷燬
循環引用的時候，此算法失效
可達性算法
被GCRoot直接或者間接引用的對象，就不可銷燬
引用類型
強軟弱虛
弱引用的創建與使用
垃圾回收算法
標記-清除算法
好處：不需要讓對象進行移動，僅需要對不存活的對象進行處理，在存活對象較多時候，執行效率高效，但是內存碎片很多
複製算法
好處：當存活的對象比較少時，較爲高效，但是需要另外一塊空間，用於管理移動
標記-整理算法
- 先遍歷把可回收對象掃描出來，如B
- 掃描清除未標記對象
- 把存活的對象，進行移動，沒有內存碎片
以上三種算法各有優缺點，虛擬機根據不同情況，採用不同算法，進行垃圾回收
觸發回收
- jvm無法爲新對象創建內存了
- 手動調用System.gc（）方法（並不會馬上執行gc）
- 低優先級的gc線程，被運行時就會執行
Dalvik 虛擬機與Jvm異同之處
- 執行文件不同，一個是class文件，一個是dex
- 類加載系統區別較大
- Dalvik 可以同時存在多個，Jvm只能同時存在一個
- Dalvik是基於寄存器的，jvm是基於棧的
jvm的方法調用是就棧的，前面說的棧幀
Dalvik是基於寄存器的，寄存器是比內存更快的存儲介質
ART虛擬機
雖然Dalvik虛擬機已經不錯了，但是google工程師研發了ATR虛擬機，更加高效
- DVM使用JIT將字節碼轉換爲機器碼，效率低
app每次運行都會把字節碼轉換爲機器碼，再去執行，退出應用，在進入app，又會再次把字節碼轉爲機器碼，效率很低的
- ART採用的是AOT預編譯技術，執行速度更快
在app安裝時候，就把字節碼轉爲本地機器碼，存在本地，因此，只要app啓動，直接執行機器碼，而不是每次轉換。
但是採用ART預編譯技術，app安裝時間快比較長，而且在手機裏佔用空間多
空間換時間
Classlodaer
java裏的classloder
android的classloader
classloader種類
- BootClassLoader
加載framework層的字節碼文件
- PathClassLoader
加載安裝到系統裏的app的class文件
- DexClassLoader
加載指定目錄的class文件
- BaseDexClassloader
PathClassLoader和DexClassLoader的父類
其實一個app最少需要BootClassLoader和PathClassLoader才能正常運行
我們打印下app裏的classlodaer
// 打印所有的ClassLoader
var classLoader = classLoader
if (classLoader != null) {
Log.e("cjx", "ClassLoader---$classLoader")
while (classLoader.parent != null) {
classLoader = classLoader.parent
Log.e("cjx", "ClassLoader---$classLoader")
}
}
ClassLoader的特點
雙親代理模式
- classloader加載字節碼時，先詢問當前classloader是不是加載過此類，如果加載過，直接返回（不會重複加載字節碼）
- 如果沒有加載過，詢問父classloader是不是加載過，如果加載過返回parent加載過的字節碼文件
- 如果整個繼承線路都沒加載過這個字節碼，纔會由子classloader完成加載
由此可見，一個字節碼文件被任意一個classLoader加載過，就不會被其他classLoader加載了，提高了加載效率，也帶來了另外特性
類加載共享功能
一個字節碼文件一旦被頂層classLoader加載過，就會被整個繼承體系所共有
類加載隔離功能
不同繼承路線的classLoader加載的類，肯定不是同一個類，防止被冒充
例如String這個類,肯定在頂層的classLoader裏會把它加載，這樣就避免，你自己寫個classLoader來篡改string這個類的加載過程
什麼樣的類才能叫做是同一個類呢
同一個包名+同一個類名+同一個類加載器加載的類，才叫同一個類
ClassLoader的源碼
如果都找不到，會走findClass方法，看一下這個方法
那麼ClassLoader有哪些子類呢
間接子類：DexClassloader
上面的第二個參數很重要，這個路徑是系統內部的路徑，就是因爲這個參數，才能去把未安裝到app裏的dex文件，加載進來
間接子類：PathClassLoader
其實這兩個間接地子類，什麼也沒做，只是一個能加載外部的dex文件，一個只能加載apk內部的文件，主要邏輯還是他們的父類BaseDexClassloader實現的，我們接着看BaseDexClassloader的findClass方法，看看是如何加載dex文件的
直接子類：BaseDexClassloader
發現直接調用的是DexpathList的findclass方法
Element是類DexPathList的一個內部類，它其中重要的一個變量就是DexFile，就是dex文件。
看看這個Element[]是怎麼實現的
來到makePathElement方法
makePathElements方法核心作用就是將指定路徑中的所有文件轉化成DexFile同時存儲到到Element[]這個數組中。nativeLibraryDirectories 就是lib庫了。
最終在findclass方法中實現。
接着看看dexFile的loadClassBinaryName方法，我們進入DexFile這個類
回顧一下，我們的源碼解析經歷了些什麼
- 首先看了ClassLoder 的雙親委託模式的實現，發現最終指向了findClass()這個方法
- 然後發現他是一個空實現，他等着子類去實現
- ClassLoader有一個直接子類BaseDexClassloader和兩個間接子類DexClassloader 、PathClassLoader其實這兩個間接地子類，什麼也沒做，只是DexClassloader能加載外部的dex文件，PathClassLoader只能加載apk內部的文件，主要邏輯還是他們的父類BaseDexClassloader實現的
- 在BaseDexClassloader裏發現findClass，調用的是DexPathList的findClass方法
- 在DexPathList裏，先看到一個Element這個內部類，他裏面有個重要的變量叫DexFile，Element[]是通過makePathElement實現的
- makePathElement遍歷所有文件，把所有dex加載爲dexFile，並且存到Element[]裏
- Ok終於來到BaseDexClassloader的findClass方法，他會遍歷所有dexElement,通過clss的名字，加載這個類爲class對象
- dexFile加載class的實現是通過native實現的，就這樣
