热修复与插件化基础 - dex与class
# 一、dex/class 浅析
# 1、class 与 dex 对比
| 类型 | class 文件 | dex 文件 |
|---|---|---|
| 定义 | 能够被 jvm 识别、加载并执行的文件格式 | 能够被 dvm 识别、加载并执行的文件格式 |
| 如何生成 | 使用 java 命令（javac） | 使用 java 命令、dx 命令 |
| 作用 | 记录一个类文件的所有信息 | 记录整个工程中所有类文件的信息 |
# 2、生成 class 与 dex 文件的指令
生成并运行 class 文件对于我们而言实在太熟悉了，这里只演示 dex 文件的生成与运行。
以 Hello World 为例：
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，与 java 指令一样，也是对应一个对应的程序来执行的，最好配置到环境变量中，具体可看文章末尾。
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）运行 dex 文件
class 文件的运行需要依赖 jvm，同理，dex 文件的运行需要依赖 dvm，所以 dex 文件需要在 Android 上才能运行。所需指令如下：
adb push Hello.dex /storage/emulated/0
adb shell
dalvikvm -cp /sdcard/Hello.dex Hello
使用 adb 将 dex 文件放送到 Android 手机的 SD 卡目录之后，再使用 adb 进入 shell，运行 dvm 指令即可。
# 二、class 文件结构深入
# 1、class 文件结构：
- 一种 8 位字节的二进制流文件
- 各个数据按顺序紧密的排列，无间隙
- 每个类或接口都单独占据一个 class 文件
# 2、class 文件结构的详解：
一个 class 文件，包含下面表格的所有字段，
| 类型 | 名称 | 数量 | 说明 |
|---|---|---|---|
| u4 | magic | 1 | 魔数，0xCAFEBAB |
| u2 | minor_version | 1 | 次版本号 |
| u2 | major_version | 1 | 主版本号 |
| u2 | constant_pool_count | 1 | 常量池中常量个数 |
| cp_info | constant_pool | constant_pool_count-1 | 表类型数据集合，即常量池中每一项常量都是一个表，共有 11 种结构各不相同的表结构数据 |
| u2 | access_flags | 1 | 访问标志，用于识别类或接口层次的访问信息 |
| u2 | this_class | 1 | 类索引，用于确定这个类的全限定名 |
| u2 | super_class | 1 | 父类索引，用于确定这个类父类的全限定名 |
| u2 | interfaces_count | 1 | 接口索引计数器 |
| u2 | interfaces | interfaces_count | 接口索引集合，用来描述这个类实现了哪些接口 |
| u2 | fields_count | 1 | 字段表计数器，即字段表集合中的字段表数据个数 |
| field_info | fields | fields_count | 字段表集合，用于描述接口或类中声明的变量，包括类级别（static）和实例级别变量，不包括在方法内部声明的变量 |
| u2 | methods_count | 1 | 方法表计数器，即方法表集合中的方法表数据个数 |
| method_info | methods | methods_count | 方法表集合，方法表结构和字段表结构一样 |
| u2 | attributes_count | 1 | 属性订数器 |
| attribute_info | attributes | attributes_count | 在 Class 文件、属性表、方法表中都可以包含自己的属性表集合，用于描述某些场景的专有信息 |
1，无符号数，以 u1、u2、u4、u8 分别代表 1 个字节、2 个字节、4 个字节、8 个字节的无符号数 2，表，以“_info”结尾，由多个无符号数或其它表构成的复合数据类型
源自：JVM 笔记 5：Class 文件结构 (opens new window)
# 3、class 文件弊端：
由 class 文件结构（第 3 点）所导致
- 内存占用大，不适合移动端
- 堆栈的加载模式，加载速度慢
- 文件 IO 操作多，类查找慢
基于以上几个 class 文件的特点，又因为移动端运存较小（以当年的移动端手机为标准），class 并不适合直接在移动端设备上运行。
# 二、dex 文件结构深入
# 1、dex 文件结构：
- 一种 8 位字节的二进制流文件
- 各个数据按顺序紧密的排列，无间隙
- 整个应用中所有 java 源文件都放在一个 dex 中
# 2、dex 文件结构的详解：
dex 文件与 class 文件的结构有很大的不同，如下图所示：
对应的字段说明如下表所示：
| 数据名称 | 解释 |
|---|---|
| header | dex 文件头部，记录整个 dex 文件的相关属性 |
| string_ids | 字符串数据索引，记录了每个字符串在数据区的偏移量 |
| type_ids | 类似数据索引，记录了每个类型的字符串索引 |
| proto_ids | 原型数据索引，记录了方法声明的字符串，返回类型字符串，参数列表 |
| field_ids | 字段数据索引，记录了所属类，类型以及方法名 |
| method_ids | 类方法索引，记录方法所属类名，方法声明以及方法名等信息 |
| class_defs | 类定义数据索引，记录指定类各类信息，包括接口，超类，类数据偏移量 |
| data | 数据区，保存了各个类的真实数据 |
| link_data | 连接数据区 |
# 3、dex 头文件
下面是 dex 头文件中字段详解，与 class 文件的结构有部分相同的地方，但因为一个 dex 文件中包含 n 个 class 文件，在头文件中需要对所有 class 进行标记及记录相关信息，故会多出一些不同的字段。
| 字段名称 | 偏移值 | 长度 | 说明 |
|---|---|---|---|
| magic | 0x0 | 8 | 魔数字段，值为"dex\n035\0" |
| checksum | 0x8 | 4 | 校验码 |
| signature | 0xc | 20 | sha-1 签名 |
| file_size | 0x20 | 4 | dex 文件总长度 |
| header_size | 0x24 | 4 | 文件头长度，009 版本=0x5c,035 版本=0x70 |
| endian_tag | 0x28 | 4 | 标示字节顺序的常量 |
| link_size | 0x2c | 4 | 链接段的大小，如果为 0 就是静态链接 |
| link_off | 0x30 | 4 | 链接段的开始位置 |
| map_off | 0x34 | 4 | map 数据基址 |
| string_ids_size | 0x38 | 4 | 字符串列表中字符串个数 |
| string_ids_off | 0x3c | 4 | 字符串列表基址 |
| type_ids_size | 0x40 | 4 | 类列表里的类型个数 |
| type_ids_off | 0x44 | 4 | 类列表基址 |
| proto_ids_size | 0x48 | 4 | 原型列表里面的原型个数 |
| proto_ids_off | 0x4c | 4 | 原型列表基址 |
| field_ids_size | 0x50 | 4 | 字段个数 |
| field_ids_off | 0x54 | 4 | 字段列表基址 |
| method_ids_size | 0x58 | 4 | 方法个数 |
| method_ids_off | 0x5c | 4 | 方法列表基址 |
| class_defs_size | 0x60 | 4 | 类定义标中类的个数 |
| class_defs_off | 0x64 | 4 | 类定义列表基址 |
| data_size | 0x68 | 4 | 数据段的大小，必须 4k 对齐 |
| data_off | 0x6c | 4 | 数据段基址 |
源自：Dex 文件格式详解 (opens new window)
对于 class 文件及 dex 文件的结构 都可以使用 “010 editor” 这个神器进行查看验证，网上也有相关的文章说明，有兴趣的道友可自行百度 或 访问如下 2 篇文章进行查阅了解，这里便不再啰嗦：
# 4、dex 文件的优势
dex 文件的头文件与索引区部分，保存了所有类及类中数据的索引，因此，dvm 可通过这两部分快速查找到对应类及数据，相对于直接运行 class 文件而言，效率上提升了不少。
# 三、dex 与 class 两者的异同
经过上面对 class 文件与 dex 文件的结构进行大概的了解之后，我们可以得出如下几个结论：
- 本质上都是一样的，dex 是从 class 文件演变而来的。
- class 文件存在许多冗余信息，dex 文件会去除冗余，并整合。
# 四、其他
# 1、配置 Android 及 dx 环境变量
以 mac 为例，windows 请百度。
- 到用户目录下：
cd ~
- 打开.bash_profile 文件
open -e .bash_profile
如果当前用户目录下没有.bash_profile，可以使用 touch .bash_profile 自行创建
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 与 build-tools 的值需要根据电脑的情况修改。
- 配置生效
source .bash_profile
- 测试
在终端输入 adb 或 dx 命令看是否有命令反应即可。
