【转】Android开发Dex的分包技术

<p>当一个app的功能越来越复杂，代码量越来越多，也许有一天便会突然遇到下列现象：</p>

1. 生成的apk在2.3以前的机器无法安装，提示INSTALL_FAILED_DEXOPT
2. 方法数量过多，编译时出错，提示：
   Conversion to Dalvik format failed:Unable to execute dex: method ID not in [0, 0xffff]: 65536

<p>出现这种问题的原因是：</p>

1. Android2.3及以前版本用来执行dexopt(用于优化dex文件)的内存只分配了5M
2. 一个dex文件最多只支持65536个方法。

针对上述问题，也出现了诸多解决方案，使用的最多的是插件化，即将一些独立的功能做成一个单独的apk，当打开的时候使用DexClassLoader动态加载，然后使用反射机制来调用插件中的类和方法。这固然是一种解决问题的方案：但这种方案存在着以下两个问题：</p>

1. 插件化只适合一些比较独立的模块；
2. 必须通过反射机制去调用插件的类和方法，因此，必须搭配一套插件框架来配合使用；

由于上述问题的存在，通过不断研究，便有了dex分包的解决方案。简单来说，其原理是将编译好的class文件拆分打包成两个dex，绕过dex方法数量的限制以及安装时的检查，在运行时再动态加载第二个dex文件中。

faceBook曾经遇到相似的问题，具体可参考：
https://www.facebook.com/notes/facebook-engineering/under-the-hood-dalvik-patch-for-facebook-for-android/10151345597798920
文中有这么一段话：
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。
文中说得比较简单，我们来完善一下该方案：除了第一个dex文件（即正常apk包唯一包含的Dex文件），其它dex文件都以资源的方式放在安装包中，并在Application的onCreate回调中被注入到系统的ClassLoader。因此，对于那些在注入之前已经引用到的类（以及它们所在的jar）,必须放入第一个Dex文件中。

下面通过一个简单的demo来讲述dex分包方案，该方案分为两步执行：

image

整个demo的目录结构是这样，我打算将SecondActivity，MyContainer以及DropDownView放入第二个dex包中，其它保留在第一个dex包。

1.编译时分包

整个编译流程如下：

image

除了框出来的两Target，其它都是编译的标准流程。而这两个Target正是我们的分包操作。首先来看看spliteClasses target。

image

由于我们这里仅仅是一个demo,因此放到第二个包中的文件很少，就是上面提到的三个文件。分好包之后就要开始生成dex文件，首先打包第一个dex文件：

由这里将${classes}（该文件夹下都是要打包到第一个dex的文件）打包生成第一个dex。接着生成第二个dex，并将其打包到资资源文件中：

image

可以看到，此时是将${secclasses}中的文件打包生成dex，并将其加入ap文件（打包的资源文件）中。到此，分包完毕，接下来，便来分析一下如何动态将第二个dex包注入系统的ClassLoader。

2.将dex分包注入ClassLoader

这里谈到注入，就要谈到Android的ClassLoader体系。

image

由上图可以看出，在叶子节点上，我们能使用到的是DexClassLoader和PathClassLoader，通过查阅开发文档，我们发现他们有如下使用场景：

1. 关于PathClassLoader，文档中写到： Android uses this class for its system class loader and for its application class loader(s),
   由此可知，Android应用就是用它来加载;
2. DexClass可以加载apk,jar,及dex文件，但PathClassLoader只能加载已安装到系统中（即/data/app目录下）的apk文件。

知道了两者的使用场景，下面来分析下具体的加载原理，由上图可以看到，两个叶子节点的类都继承BaseDexClassLoader中，而具体的类加载逻辑也在此类中：
BaseDexClassLoader:

@Override  
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {  
    List<Throwable> suppressedExceptions = new ArrayList<Throwable>();  
    Class c = pathList.findClass(name, suppressedExceptions);  
    if (c == null) {  
        ClassNotFoundException cnfe = new ClassNotFoundException("Didn't find class \"" + name + "\" on path: " + pathList);  
        for (Throwable t : suppressedExceptions) {  
        cnfe.addSuppressed(t);  
   }  
    throw cnfe;  
    }  
    return c;  
}  

由上述函数可知，当我们需要加载一个class时，实际是从pathList中去需要的，查阅源码，发现pathList是DexPathList类的一个实例。ok，接着去分析DexPathList类中的findClass函数，
DexPathList:

public Class findClass(String name, List<Throwable> suppressed) {  
    for (Element element : dexElements) {  
        DexFile dex = element.dexFile;  

        if (dex != null) {  
            Class clazz = dex.loadClassBinaryName(name, definingContext, suppressed);  
        if (clazz != null) {  
            return clazz;  
        }  
        }  
    }  
    if (dexElementsSuppressedExceptions != null) {  
    suppressed.addAll(Arrays.asList(dexElementsSuppressedExceptions));  
    }  
    return null;  
}  

上述函数的大致逻辑为：遍历一个装在dex文件（每个dex文件实际上是一个DexFile对象）的数组（Element数组，Element是一个内部类），然后依次去加载所需要的class文件，直到找到为止。
看到这里，注入的解决方案也就浮出水面，假如我们将第二个dex文件放入Element数组中，那么在加载第二个dex包中的类时，应该可以直接找到。
带着这个假设，来完善demo。
在我们自定义的BaseApplication的onCreate中，我们执行注入操作：

public String inject(String libPath) {  
    boolean hasBaseDexClassLoader = true;  
    try {  
        Class.forName("dalvik.system.BaseDexClassLoader");  
    } catch (ClassNotFoundException e) {  
        hasBaseDexClassLoader = false;  
    }  
    if (hasBaseDexClassLoader) {  
        PathClassLoader pathClassLoader = (PathClassLoader)sApplication.getClassLoader();  
        DexClassLoader dexClassLoader = new DexClassLoader(libPath, sApplication.getDir("dex", 0).getAbsolutePath(), libPath, sApplication.getClassLoader());  
        try {  
            Object dexElements = combineArray(getDexElements(getPathList(pathClassLoader)), getDexElements(getPathList(dexClassLoader)));  
            Object pathList = getPathList(pathClassLoader);  
            setField(pathList, pathList.getClass(), "dexElements", dexElements);  
            return "SUCCESS";  
        } catch (Throwable e) {  
        e.printStackTrace();  
        return android.util.Log.getStackTraceString(e);  
        }  
    }     
    return "SUCCESS";  
}   

这是注入的关键函数，分析一下这个函数：
参数libPath是第二个dex包的文件信息（包含完整路径，我们当初将其打包到了assets目录下），然后将其使用DexClassLoader来加载（这里为什么必须使用DexClassLoader加载，回顾以上的使用场景），然后通过反射获取PathClassLoader中的DexPathList中的Element数组（已加载了第一个dex包，由系统加载），以及DexClassLoader中的DexPathList中的Element数组（刚将第二个dex包加载进去），将两个Element数组合并之后，再将其赋值给PathClassLoader的Element数组，到此，注入完毕。

现在试着启动app，并在TestUrlActivity（在第一个dex包中）中去启动SecondActivity（在第二个dex包中），启动成功。这种方案是可行。

但是使用dex分包方案仍然有几个注意点：</p>

1. 由于第二个dex包是在Application的onCreate中动态注入的，如果dex包过大，会使app的启动速度变慢，因此，在dex分包过程中一定要注意，第二个dex包不宜过大。
2. 由于上述第一点的限制，假如我们的app越来越臃肿和庞大，往往会采取dex分包方案和插件化方案配合使用，将一些非核心独立功能做成插件加载，核心功能再分包加载。

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