首页
社区
课程
招聘
问答 CTF 排行榜 知识库 工具下载 峰会 看雪商城 证书查询
  1. 社区
  2. Android安全
    3. 发新帖
[原创]aosp10的类加载流程源码注释
发表于: 2024-7-22 15:47 2073

[原创]aosp10的类加载流程源码注释

北袅 活跃值
2024-7-22 15:47
2073
目录

版本信息

aosp版本:android-10.0.0_r47

在线查看aosp代码平台(版本很全):https://cs.android.com/(需要特殊的才能进去)

前置知识点

1. ClassLoader

ClassLoader 是所有类加载器的基类，定义了类加载器的基本行为。它的主要职责是提供类加载的基本机制。

关键方法：

  • loadClass(String name): 加载指定名称的类。
  • findClass(String name): 查找类的定义。
  • findLoadedClass(String name): 查找已经加载的类。

2. BootClassLoader

BootClassLoader 是用于加载 Android 系统类的类加载器。它是 ClassLoader 的内部类，通常由虚拟机启动时初始化，并且开发者无法直接调用。

用途：

  • 加载核心库类，如 java.lang 包和 android.* 包的类。
  • 由引导类路径（bootstrap class path）指定的类。

3. BaseDexClassLoader

BaseDexClassLoader 是一个抽象类，继承自 ClassLoader。它提供了加载 DEX 文件的基本功能，是 PathClassLoader 和 DexClassLoader 的父类。

关键属性：

  • DexPathList dexPathList: 管理 DEX 文件和优化的 DEX 文件（ODEX）。
  • findClass(String name): 在 DEX 文件中查找类。

4. PathClassLoader

PathClassLoader 继承自 BaseDexClassLoader，通常用于加载 APK 文件中的类，包括应用程序自身的类和第三方库的类。

用途：

  • 加载 APK 文件中的应用程序类和资源。
  • 加载第三方库。

5. DexClassLoader

DexClassLoader 也是继承自 BaseDexClassLoader，主要用于动态加载，能够加载指定路径的 APK、JAR、ZIP 和 DEX 文件。因此，很多热修复和插件化方案都会使用 DexClassLoader。

用途：

  • 动态加载 DEX 文件、JAR 文件和 APK 文件。
  • 支持热修复和插件化。

分析流程

ClassLoader

由上面的前置知识点可知ClassLoader 是所有类加载器的基类 里面的loadClass(String name)用于加载指定名称的类那就从这里开始分析 在源码注释上的 第三步：如果类依然没有找到，则使用 findClass 方法来查找类 findClass 方法是 ClassLoader 类中的抽象方法。BaseDexClassLoader及其子类（如 DexClassLoader）提供了具体的实现 这边先去看DexClassLoader里面的代码

路径为:/external/apache-commons-bcel/src/main/java/org/apache/bcel/util/ClassLoader.java

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
        throws ClassNotFoundException
{
    // 第一步：检查类是否已经被加载
    Class<?> c = findLoadedClass(name);
     
    // 如果类尚未加载
    if (c == null) {
        try {
            // 第二步：委托给父类加载器加载
            // 如果存在父加载器，则尝试使用父加载器加载类
            if (parent != null) {
                c = parent.loadClass(name, false);
            } else {
                // 如果没有父加载器，则尝试从引导类加载器中加载类
                c = findBootstrapClassOrNull(name);
            }
        } catch (ClassNotFoundException e) {
 
        }
 
        // 第三步：如果类依然没有找到，则使用 findClass 方法来查找类
        if (c == null) {
            c = findClass(name);
        }
    }
     
    // 第四步：如果需要解析类，则进行解析
    if (resolve) {
        resolveClass(c);
    }
     
    return c;
}

DexClassLoader

这里直接去看BaseDexClassLoader

路径为:libcore/dalvik/src/main/java/dalvik/system/DexClassLoader.java

1
2
3
4
5
6
7
8
9
public class DexClassLoader extends BaseDexClassLoader {
    public DexClassLoader(String dexPath, String optimizedDirectory,
            String librarySearchPath, ClassLoader parent) {
        // 调用BaseDexClassLoader的构造函数。
        // dexPath参数指定了包含 DEX 文件的路径，optimizedDirectory参数已废弃，
        // librarySearchPath用于查找本地库，parent是父类加载器。
        super(dexPath, null, librarySearchPath, parent);
    }
}

BaseDexClassLoader

在BaseDexClassLoader 使用 DexPathList 实例中的 findClass 方法查找类 继续跟进

路径为:libcore/dalvik/src/main/java/dalvik/system/BaseDexClassLoader.java

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
    // 首先，检查共享库加载器中是否可以找到指定的类。
    // `sharedLibraryLoaders` 是一个 ClassLoader 列表，包含了可以用于加载共享库的加载器。
    if (sharedLibraryLoaders != null) {
        for (ClassLoader loader : sharedLibraryLoaders) {
            try {
                // 尝试通过共享库加载器加载类。如果加载成功，立即返回该类。
                return loader.loadClass(name);
            } catch (ClassNotFoundException ignored) {
                // 如果在共享库加载器中未找到该类，则继续尝试下一个加载器。
                // 这里的异常被忽略，因为我们要继续检查其他加载器。
            }
        }
    }
     
    // 如果在共享库加载器中没有找到该类，接下来在当前类加载器的 dexPath 中查找。
    // `pathList` 是一个 DexPathList 实例，负责从 DEX 文件中加载类。
    List<Throwable> suppressedExceptions = new ArrayList<Throwable>();
    // `findClass` 方法会在 `pathList` 所管理的 DEX 文件中查找并返回类的字节码。
    Class<?> c = pathList.findClass(name, suppressedExceptions);
    if (c != null) {
        // 如果在 DEX 文件中找到该类，则返回它。
        return c;
    }
     
    // 如果类仍然未找到，检查 "after" 共享库中是否可以找到该类。
    // `sharedLibraryLoadersAfter` 是一个 ClassLoader 列表，包含了当前加载器之后的共享库加载器。
    if (sharedLibraryLoadersAfter != null) {
        for (ClassLoader loader : sharedLibraryLoadersAfter) {
            try {
                // 尝试通过 "after" 共享库加载器加载类。如果加载成功，立即返回该类。
                return loader.loadClass(name);
            } catch (ClassNotFoundException ignored) {
                // 如果在 "after" 共享库加载器中未找到该类，则继续尝试下一个加载器。
                // 这里的异常被忽略，因为我们要继续检查其他加载器。
            }
        }
    }
     
    // 如果在所有检查中都未找到该类，则抛出 ClassNotFoundException。
    // 创建一个 ClassNotFoundException 实例，并附加所有在查找过程中收集到的异常。
    if (c == null) {
        ClassNotFoundException cnfe = new ClassNotFoundException(
                "Didn't find class \"" + name + "\" on path: " + pathList);
        // 将收集到的异常附加到主异常中，以便提供详细的错误信息。
        for (Throwable t : suppressedExceptions) {
            cnfe.addSuppressed(t);
        }
        // 抛出 ClassNotFoundException，表示指定的类未找到。
        throw cnfe;
    }
    // 如果在最后的步骤中找到类，返回该类。
    return c;
}

DexPathList

在DexPathList 注释写的很清楚 dexElements里面的Element对象封装了 DEX 文件的路径、加载器、以及其他相关信息 对于每一个 element.findClass 方法尝试在其对应的 DEX 文件中找到指定的类。如果找到，则返回该类；如果未找到，则返回 null 这里继续跟进去看element.findClass的具体代码

路径为:libcore/dalvik/src/main/java/dalvik/system/DexPathList.java

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
public Class<?> findClass(String name, List<Throwable> suppressed) {
    // 遍历 dexElements 中的每一个 Element
    // `dexElements` 是一个 Element 数组，每个 Element 代表一个 DEX 文件或类路径中的类加载器。
    for (Element element : dexElements) {
        // 在当前 Element 中查找指定的类
        // `findClass` 方法尝试在 Element 所管理的 DEX 文件中查找类。
        // `definingContext` 是类定义的上下文，`suppressed` 是用于存储查找过程中的异常的列表。
        Class<?> clazz = element.findClass(name, definingContext, suppressed);
        if (clazz != null) {
            // 如果找到了类，则返回它
            return clazz;
        }
    }
 
    // 如果在所有 dexElements 中未找到类，检查并添加所有 `dexElementsSuppressedExceptions`
    // `dexElementsSuppressedExceptions` 是在查找过程中可能收集到的异常数组
    if (dexElementsSuppressedExceptions != null) {
        // 将所有收集到的异常添加到 `suppressed` 列表中
        suppressed.addAll(Arrays.asList(dexElementsSuppressedExceptions));
    }
     
    // 如果仍未找到类，则返回 null
    return null;
}
element.findClass

在element.findClass里 name传到了loadClassBinaryName继续跟入

路径为:libcore/dalvik/src/main/java/dalvik/system/DexPathList.java

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
public Class<?> findClass(String name, ClassLoader definingContext,
        List<Throwable> suppressed) {
    // 检查 `dexFile` 是否为 null。
    // `dexFile` 是一个包含 DEX 文件内容的对象，它封装了对 DEX 文件的访问。
    return dexFile != null
        ? // 如果 `dexFile` 不为 null，则调用 `dexFile.loadClassBinaryName` 方法来查找指定的类。
          // `name` 是需要查找的类的全名，例如 "com.example.MyClass"。
          // `definingContext` 是定义类的上下文，通常是当前的 ClassLoader 实例。
          // `suppressed` 是一个列表，用于收集在查找过程中发生的异常。
          dexFile.loadClassBinaryName(name, definingContext, suppressed)
        : // 如果 `dexFile` 为 null，则返回 null。
          // 这表示当前 `Element` 对象没有关联的 DEX 文件，因此无法进行类的查找。
          null;
}
loadClassBinaryName

在 DexFile 类中，loadClassBinaryName 方法用于从 DEX 文件中加载指定的类。它使用 defineClass 方法来定义和加载类

继续跟如defineClass

路径为:libcore/dalvik/src/main/java/dalvik/system/DexPathList.java

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
@UnsupportedAppUsage
public Class loadClassBinaryName(String name, ClassLoader loader, List<Throwable> suppressed) {
    // 调用 defineClass 方法来定义并加载类。
    // `name` 是要加载的类的全名，例如 "com.example.MyClass"。
    // `loader` 是当前的 ClassLoader，它提供了加载类的上下文。
    // `mCookie` 是一个用于标识 DEX 文件的标记。
    // `this` 是当前的 DexFile 实例。
    // `suppressed` 是一个列表，用于记录在加载过程中产生的异常。
    return defineClass(name, loader, mCookie, this, suppressed);
}

DexFile

defineClass 是一个私有静态方法，用于从 DEX 文件中定义并加载一个类。它依赖于 defineClassNative 来处理

继续跟入去看defineClassNative

路径为:libcore/dalvik/src/main/java/dalvik/system/DexFile.java

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
private static Class defineClass(String name, ClassLoader loader, Object cookie,
                                 DexFile dexFile, List<Throwable> suppressed) {
    Class result = null; // 定义一个变量来存储最终定义的类
 
    try {
        // 调用本地方法 defineClassNative 来定义类。
        // 该方法使用提供的类名、ClassLoader、cookie 和 DexFile 来定义类。
        result = defineClassNative(name, loader, cookie, dexFile);
    } catch (NoClassDefFoundError e) {
        // 捕获 NoClassDefFoundError 异常。
        // 这个异常表示在定义类时找不到类的定义。
        if (suppressed != null) {
            // 如果 suppressed 列表不为 null，则将异常添加到列表中。
            suppressed.add(e);
        }
    } catch (ClassNotFoundException e) {
        // 捕获 ClassNotFoundException 异常。
        // 这个异常表示在加载过程中找不到指定的类。
        if (suppressed != null) {
            // 如果 suppressed 列表不为 null，则将异常添加到列表中。
            suppressed.add(e);
        }
    }
 
    // 返回定义的类，如果定义过程中发生了异常，则 result 可能为 null。
    return result;
}
defineClassNative

defineClassNative是一个Native方法 这里去看DexFile_defineClassNative里面的具体实现

路径为:libcore/dalvik/src/main/java/dalvik/system/DexFile.java

1
2
3
private static native Class defineClassNative(String name, ClassLoader loader, Object cookie,
                                              DexFile dexFile)
        throws ClassNotFoundException, NoClassDefFoundError;

dalvik_system_DexFile

DexFile_defineClassNative主要关注咱们的类加载器流程也就是DefineClass 跟入去看看

路径为:art/runtime/native/dalvik_system_DexFile.cc

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
static jclass DexFile_defineClassNative(JNIEnv* env,
                                        jclass,
                                        jstring javaName,
                                        jobject javaLoader,
                                        jobject cookie,
                                        jobject dexFile) {
  // 创建一个用于存放 Dex 文件指针的向量，以及一个 OatFile 指针。
  // 这些 Dex 文件将用于查找和定义类。
  std::vector<const DexFile*> dex_files;
  const OatFile* oat_file;
 
  // ConvertJavaArrayToDexFiles：将传入的 cookie 对象转换为 Dex 文件列表，并可能获取 Oat 文件。
  // `cookie` 通常包含有关 Dex 文件的位置和其他信息。
  if (!ConvertJavaArrayToDexFiles(env, cookie, /*out*/ dex_files, /*out*/ oat_file)) {
    VLOG(class_linker) << "Failed to find dex_file"; // 日志记录失败原因。
    DCHECK(env->ExceptionCheck()); // 检查是否有异常发生。
    return nullptr; // 返回空值表示失败。
  }
 
  // 将 Java 字符串转换为 UTF-8 编码的 C 字符串。
  // `ScopedUtfChars` 是一个 RAII 类，用于 Java 字符串转换。
  ScopedUtfChars class_name(env, javaName);
  // 检查转换是否成功。
  if (class_name.c_str() == nullptr) {
    VLOG(class_linker) << "Failed to find class_name"; // 日志记录转换失败。
    return nullptr; // 返回空值表示失败。
  }
 
  // 将类名从点分格式（如 `com.example.MyClass`）转换为 Java 虚拟机使用的描述符格式（如 `Lcom/example/MyClass;`）。
  // 描述符用于标识类，特别是在 Dex 文件中。
  const std::string descriptor(DotToDescriptor(class_name.c_str()));
  // 计算描述符的哈希值，用于加速查找。
  const size_t hash(ComputeModifiedUtf8Hash(descriptor.c_str()));
 
  // 遍历所有的 Dex 文件，尝试在每个 Dex 文件中查找类定义。
  for (auto& dex_file : dex_files) {
    // `OatDexFile::FindClassDef`：在当前 Dex 文件中查找类定义。
    // 根据类描述符和哈希值来查找类定义。
    const dex::ClassDef* dex_class_def =
        OatDexFile::FindClassDef(*dex_file, descriptor.c_str(), hash);
 
    // 如果找到类定义。
    if (dex_class_def != nullptr) {
      // 创建 ScopedObjectAccess 实例以确保 JNI 环境的正确访问。
      ScopedObjectAccess soa(env);
      // 获取当前的 ClassLinker 实例，该实例负责类加载和链接操作。
      ClassLinker* class_linker = Runtime::Current()->GetClassLinker();
 
      // 创建 StackHandleScope 用于管理 JNI 句柄的生命周期。
      StackHandleScope<1> hs(soa.Self());
      // 创建一个 Handle 对象表示 Java 类加载器。
      Handle<mirror::ClassLoader> class_loader(
          hs.NewHandle(soa.Decode<mirror::ClassLoader>(javaLoader)));
 
      // 注册 Dex 文件并获取 Dex 缓存。Dex 缓存用于加速类加载过程。
      ObjPtr<mirror::DexCache> dex_cache =
          class_linker->RegisterDexFile(*dex_file, class_loader.Get());
 
      // 如果注册失败，可能是内存不足（OOME）或 Dex 文件已经被不同的类加载器注册。
      if (dex_cache == nullptr) {
        soa.Self()->AssertPendingException(); // 断言异常已经发生。
        return nullptr; // 返回空值表示失败。
      }
 
      // `DefineClass`：在 JVM 中定义类，并将其添加到类加载器中。
      ObjPtr<mirror::Class> result = class_linker->DefineClass(soa.Self(),
                                                               descriptor.c_str(),
                                                               hash,
                                                               class_loader,
                                                               *dex_file,
                                                               *dex_class_def);
 
      // 将 Dex 文件插入到InsertDexFileInToClassLoader中
      class_linker->InsertDexFileInToClassLoader(soa.Decode<mirror::Object>(dexFile),
                                                 class_loader.Get());
 
      // 如果成功定义类，返回类的局部引用。
      if (result != nullptr) {
        VLOG(class_linker) << "DexFile_defineClassNative returning " << result
                           << " for " << class_name.c_str();
        return soa.AddLocalReference<jclass>(result); // 返回类的局部引用。
      }
    }
  }
 
  // 如果没有找到类定义，记录日志并返回空值。
  VLOG(class_linker) << "Failed to find dex_class_def " << class_name.c_str();
  return nullptr; // 返回空值表示失败。
}
DefineClass

在DefineClass里面 是很核心的一个点了

需要关注的分别是

  • 分配
    • 类的分配是为新定义的类对象分配内存空间
  • 初始化
    • 通过 SetupClass 函数，为新分配的类对象设置 Dex 缓存、类的状态等。这一步确保类的基本信息在内存中正确设置。
    • 对于某些特殊类（如 java.lang.String），需要进行额外的初始化，例如标记类的特殊状态。
  • 加载
    • 类的加载过程包括从 Dex 文件中提取类的信息，并将其应用到类对象上
    • LoadClass 函数从 Dex 文件中提取类的字段和方法信息，并将其加载到 klass 对象中。这一步确保类对象包含正确的字段和方法定义。
  • 链接
    • 类的链接包括将类的字段、方法等实际链接到类对象中，并解决类之间的依赖关系

这里去看一下关于

类的初始化 SetupClass

1
SetupClass(*new_dex_file, *new_class_def, klass, class_loader.Get());

类的加载 LoadClass 里面都干了一些啥 先去看SetupClass里面干了一些什么东西

1
LoadClass(self, *new_dex_file, *new_class_def, klass);

路径为:art/runtime/class_linker.cc

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
ObjPtr<mirror::Class> ClassLinker::DefineClass(Thread* self,
                                               const char* descriptor,
                                               size_t hash,
                                               Handle<mirror::ClassLoader> class_loader,
                                               const DexFile& dex_file,
                                               const dex::ClassDef& dex_class_def) {
  // 创建一个 ScopedDefiningClass 实例，用于管理当前线程在类定义过程中的状态。
  ScopedDefiningClass sdc(self);
  // 创建一个 StackHandleScope 实例，用于管理多个 Handle 对象的生命周期。
  StackHandleScope<3> hs(self);
  // 记录类加载过程的总时间。
  metrics::AutoTimer timer{GetMetrics()->ClassLoadingTotalTime()};
  // 记录类加载的增量时间。
  metrics::AutoTimer timeDelta{GetMetrics()->ClassLoadingTotalTimeDelta()};
  // 创建一个 Handle 对象，用于存储加载的类。
  auto klass = hs.NewHandle<mirror::Class>(nullptr);
 
  // 如果初始化尚未完成，则处理一些特殊的内置类。
  if (UNLIKELY(!init_done_)) {
    // 根据描述符获取内置类的根对象。
    if (strcmp(descriptor, "Ljava/lang/Object;") == 0) {
      klass.Assign(GetClassRoot<mirror::Object>(this));
    } else if (strcmp(descriptor, "Ljava/lang/Class;") == 0) {
      klass.Assign(GetClassRoot<mirror::Class>(this));
    } else if (strcmp(descriptor, "Ljava/lang/String;") == 0) {
      klass.Assign(GetClassRoot<mirror::String>(this));
    } else if (strcmp(descriptor, "Ljava/lang/ref/Reference;") == 0) {
      klass.Assign(GetClassRoot<mirror::Reference>(this));
    } else if (strcmp(descriptor, "Ljava/lang/DexCache;") == 0) {
      klass.Assign(GetClassRoot<mirror::DexCache>(this));
    } else if (strcmp(descriptor, "Ldalvik/system/ClassExt;") == 0) {
      klass.Assign(GetClassRoot<mirror::ClassExt>(this));
    }
  }
 
  // 在 AOT 编译模式下，如果 SDK 检查不允许该描述符，则阻止类定义。
  if (class_loader == nullptr &&
      Runtime::Current()->IsAotCompiler() &&
      DenyAccessBasedOnPublicSdk(descriptor)) {
    ObjPtr<mirror::Throwable> pre_allocated =
        Runtime::Current()->GetPreAllocatedNoClassDefFoundError();
    self->SetException(pre_allocated);
    return sdc.Finish(nullptr);
  }
 
  // 如果当前线程不能加载类，阻止进一步操作。
  if (!self->CanLoadClasses()) {
    ObjPtr<mirror::Throwable> pre_allocated =
        Runtime::Current()->GetPreAllocatedNoClassDefFoundError();
    self->SetException(pre_allocated);
    return sdc.Finish(nullptr);
  }
 
  // 记录类加载的跟踪信息。
  ScopedTrace trace(descriptor);
  if (klass == nullptr) {
    // 如果 `klass` 为空，分配一个新的类对象。
    // 计算类的大小（不包括嵌入表），并分配内存。
    if (CanAllocClass()) {
      klass.Assign(AllocClass(self, SizeOfClassWithoutEmbeddedTables(dex_file, dex_class_def)));
    } else {
      return sdc.Finish(nullptr);
    }
  }
  if (UNLIKELY(klass == nullptr)) {
    self->AssertPendingOOMException(); // 如果分配失败，检查是否发生了内存不足异常。
    return sdc.Finish(nullptr);
  }
   
  // 获取实际的 Dex 文件和类定义（可能会经过回调修改）。
  DexFile const* new_dex_file = nullptr;
  dex::ClassDef const* new_class_def = nullptr;
  // 执行 Runtime 回调函数，可能会调整 dex 文件和类定义。
  Runtime::Current()->GetRuntimeCallbacks()->ClassPreDefine(descriptor,
                                                            klass,
                                                            class_loader,
                                                            dex_file,
                                                            dex_class_def,
                                                            &new_dex_file,
                                                            &new_class_def);
  // 检查是否在回调过程中发生了异常。
  if (self->IsExceptionPending()) {
    return sdc.Finish(nullptr);
  }
   
  // 注册 Dex 文件，并获取 Dex 缓存。
  ObjPtr<mirror::DexCache> dex_cache = RegisterDexFile(*new_dex_file, class_loader.Get());
  if (dex_cache == nullptr) {
    self->AssertPendingException();
    return sdc.Finish(nullptr);
  }
  klass->SetDexCache(dex_cache); // 设置类的 Dex 缓存。
   
  // 初始化类对象。
  SetupClass(*new_dex_file, *new_class_def, klass, class_loader.Get());
 
  // 如果初始化尚未完成，设置字符串类标记。
  if (UNLIKELY(!init_done_)) {
    if (strcmp(descriptor, "Ljava/lang/String;") == 0) {
      klass->SetStringClass();
    }
  }
 
  // 为类对象加锁，确保线程安全。
  ObjectLock<mirror::Class> lock(self, klass);
  klass->SetClinitThreadId(self->GetTid()); // 设置类初始化的线程 ID。
  // 确保即使在错误的情况下也有一个有效的空接口表。
  klass->SetIfTable(GetClassRoot<mirror::Object>(this)->GetIfTable());
 
  // 将加载的类插入到已加载的类表中。
  ObjPtr<mirror::Class> existing = InsertClass(descriptor, klass.Get(), hash);
  if (existing != nullptr) {
    // 如果插入失败（可能由于并发），解决冲突。
    return sdc.Finish(EnsureResolved(self, descriptor, existing));
  }
 
  // 加载类的字段等信息。
  LoadClass(self, *new_dex_file, *new_class_def, klass);
  if (self->IsExceptionPending()) {
    VLOG(class_linker) << self->GetException()->Dump(); // 记录异常信息。
    // 如果发生异常，设置类状态为错误。
    if (!klass->IsErroneous()) {
      mirror::Class::SetStatus(klass, ClassStatus::kErrorUnresolved, self);
    }
    return sdc.Finish(nullptr);
  }
 
  // 完成类加载，加载父类和接口。
  CHECK(!klass->IsLoaded()); // 确保类尚未加载。
  if (!LoadSuperAndInterfaces(klass, *new_dex_file)) {
    // 如果加载失败，设置类状态为错误。
    if (!klass->IsErroneous()) {
      mirror::Class::SetStatus(klass, ClassStatus::kErrorUnresolved, self);
    }
    return sdc.Finish(nullptr);
  }
  CHECK(klass->IsLoaded()); // 确保类已加载。
 
  // 类加载完成，发布类加载事件。
  Runtime::Current()->GetRuntimeCallbacks()->ClassLoad(klass);
 
  // 链接类（如果必要）。
  CHECK(!klass->IsResolved()); // 确保类尚未解析。
  auto interfaces = hs.NewHandle<mirror::ObjectArray<mirror::Class>>(nullptr);
 
  MutableHandle<mirror::Class> h_new_class = hs.NewHandle<mirror::Class>(nullptr);
  if (!LinkClass(self, descriptor, klass, interfaces, &h_new_class)) {
    // 如果链接失败，设置类状态为错误。
    if (!klass->IsErroneous()) {
      mirror::Class::SetStatus(klass, ClassStatus::kErrorUnresolved, self);
    }
    return sdc.Finish(nullptr);
  }
  self->AssertNoPendingException(); // 确保没有挂起的异常。
  CHECK(h_new_class != nullptr) << descriptor; // 确保新类不为空。
  CHECK(h_new_class->IsResolved()) << descriptor << " " << h_new_class->GetStatus(); // 确保新类已解析。
 
  // 安装插桩代码（如果启用）。
  if (Runtime::Current()->GetInstrumentation()->EntryExitStubsInstalled()) {
    // 确保线程处于可运行状态，以避免在安装插桩代码时被挂起。
    DCHECK_EQ(self->GetState(), ThreadState::kRunnable);
    Runtime::Current()->GetInstrumentation()->InstallStubsForClass(h_new_class.Get());
  }
 
  /*
   * 发送 CLASS_PREPARE 事件到调试器。此时，类的静态字段已准备好，但未执行任何代码（初始化）。
   */
  Runtime::Current()->GetRuntimeCallbacks()->ClassPrepare(klass, h_new_class);
 
  // 通知 JIT 编译器新类型已加载（如果启用 JIT）。
  jit::Jit::NewTypeLoadedIfUsingJit(h_new_class.Get());
 
  return sdc.Finish(h_new_class); // 返回加载并解析的类。
}
SetupClass

SetupClass 方法负责为一个类对象设置和初始化基本属性，包括类的状态、描述符、访问标志、类加载器等。这些设置确保了类能够在运行时正确地被加载和使用，为后续的类加载和链接过程提供了基础

路径为:art/runtime/class_linker.cc

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
void ClassLinker::SetupClass(const DexFile& dex_file,
                             const dex::ClassDef& dex_class_def,
                             Handle<mirror::Class> klass,
                             ObjPtr<mirror::ClassLoader> class_loader) {
  // 确保类对象 (klass) 不为空
  CHECK(klass != nullptr);
 
  // 确保类的 Dex 缓存 (DexCache) 已被设置
  CHECK(klass->GetDexCache() != nullptr);
 
  // 确保类的状态为 kNotReady，表示类尚未完全初始化
  CHECK_EQ(ClassStatus::kNotReady, klass->GetStatus());
 
  // 从 Dex 文件中获取类的描述符 (descriptor)
  const char* descriptor = dex_file.GetClassDescriptor(dex_class_def);
  CHECK(descriptor != nullptr);
 
  // 设置类的根对象为 Class 类的实例
  // Class 对象是 Java 类的元数据容器
  klass->SetClass(GetClassRoot<mirror::Class>(this));
 
  // 获取类的访问标志
  uint32_t access_flags = dex_class_def.GetJavaAccessFlags();
 
  // 确保访问标志只包含合法的 Java 标志
  CHECK_EQ(access_flags & ~kAccJavaFlagsMask, 0U);
 
  // 设置类的访问标志，这些标志来自 Dex 文件中的 ClassDef
  klass->SetAccessFlagsDuringLinking(access_flags);
 
  // 设置类的类加载器
  // 类加载器用于加载和验证类的字节码
  klass->SetClassLoader(class_loader);
 
  // 确保该类不是基本数据类型
  // 在设置类属性之前，必须确保它是一个普通类而不是基础数据类型
  DCHECK_EQ(klass->GetPrimitiveType(), Primitive::kPrimNot);
 
  // 将类的状态设置为 kIdx，表示类的索引阶段已完成
  mirror::Class::SetStatus(klass, ClassStatus::kIdx, nullptr);
 
  // 设置类在 Dex 文件中的 ClassDef 索引
  // Dex 文件中的 ClassDef 索引唯一标识了该类
  klass->SetDexClassDefIndex(dex_file.GetIndexForClassDef(dex_class_def));
 
  // 设置类的类型索引，这个索引在 Dex 文件中唯一标识该类
  klass->SetDexTypeIndex(dex_class_def.class_idx_);
}
LoadClass

LoadClass 方法主要负责从 Dex 文件中加载类的各种数据，确保字段和方法被正确地分配、初始化和链接。它涉及了内存分配、字段和方法的加载、处理 AOT 编译的代码

这里可以深入一点点去了解

1.创建 ClassAccessor 对象

  • 功能: ClassAccessor 用于访问类的各种数据，如字段、方法等。

  • 实现

    1
    ClassAccessor accessor(dex_file, dex_class_def, klass->IsBootStrapClassLoaded());
  1. 检查是否有类数据

  • 功能: 如果类数据不存在，直接返回，避免不必要的处理。

  • 实现

    1
    2
    3
    if (!accessor.HasClassData()) {
      return;
    }
  1. 防止线程挂起

  • 功能: 确保在处理字段和方法时线程不会被挂起，以避免数据丢失或不一致。

  • 实现

    1
    ScopedAssertNoThreadSuspension nts(__FUNCTION__);
  1. 分配字段数组的内存

  • 功能: 分配静态字段和实例字段的内存空间。

  • 实现

    1
    2
    3
    LinearAlloc* const allocator = GetAllocatorForClassLoader(klass->GetClassLoader());
    LengthPrefixedArray<ArtField>* sfields = AllocArtFieldArray(self, allocator, accessor.NumStaticFields());
    LengthPrefixedArray<ArtField>* ifields = AllocArtFieldArray(self, allocator, accessor.NumInstanceFields());
  1. 初始化字段计数器

  • 功能: 初始化静态字段和实例字段的计数器以及索引，用于跟踪和记录字段的状态。

  • 实现

    1
    2
    3
    4
    size_t num_sfields = 0u;
    size_t num_ifields = 0u;
    uint32_t last_static_field_idx = 0u;
    uint32_t last_instance_field_idx = 0u;
  1. 处理 AOT 编译的类

  • 功能: 查找和处理 AOT (Ahead-Of-Time) 编译的类及其相关信息。

  • 实现

    1
    2
    3
    4
    5
    bool has_oat_class = false;
    const OatFile::OatClass oat_class = (runtime->IsStarted() && !runtime->IsAotCompiler())
        ? OatFile::FindOatClass(dex_file, klass->GetDexClassDefIndex(), &has_oat_class)
        : OatFile::OatClass::Invalid();
    OatClassCodeIterator occi(oat_class);
  1. 分配并设置方法数组

  • 功能: 分配内存来存储方法，并设置 klass 对象的指针以指向这些方法。

  • 实现

    1
    2
    3
    4
    klass->SetMethodsPtr(
        AllocArtMethodArray(self, allocator, accessor.NumMethods()),
        accessor.NumDirectMethods(),
        accessor.NumVirtualMethods());
  1. 处理类的字段和方法

  • 功能: 遍历类的字段和方法，加载字段和方法数据，并处理可能的重复定义。

  • 实现

    1
    2
    3
    4
    5
    6
    7
    8
    9
    accessor.VisitFieldsAndMethods([&](const ClassAccessor::Field& field) REQUIRES_SHARED(Locks::mutator_lock_) {
      // 处理静态字段
    }, [&](const ClassAccessor::Field& field) REQUIRES_SHARED(Locks::mutator_lock_) {
      // 处理实例字段
    }, [&](const ClassAccessor::Method& method) REQUIRES_SHARED(Locks::mutator_lock_) {
      // 处理直接方法
    }, [&](const ClassAccessor::Method& method) REQUIRES_SHARED(Locks::mutator_lock_) {
      // 处理虚方法
    });
  1. 调整字段数组的大小

  • 功能: 确保字段数组的大小与实际的字段数量一致，并记录任何警告信息。

  • 实现

    1
    2
    3
    4
    5
    6
    7
    8
    9
    10
    11
    12
    if (UNLIKELY(num_ifields + num_sfields != accessor.NumFields())) {
      LOG(WARNING) << "Duplicate fields in class " << klass->PrettyDescriptor()
          << " (unique static fields: " << num_sfields << "/" << accessor.NumStaticFields()
          << ", unique instance fields: " << num_ifields << "/" << accessor.NumInstanceFields()
          << ")";
      if (sfields != nullptr) {
        sfields->SetSize(num_sfields);
      }
      if (ifields != nullptr) {
        ifields->SetSize(num_ifields);
      }
    }
  1. 设置类的字段数组

  • 功能: 将分配并填充的字段数组设置到 klass 对象中。

  • 实现

    1
    2
    3
    4
    klass->SetSFieldsPtr(sfields);
    DCHECK_EQ(klass->NumStaticFields(), num_sfields);
    klass->SetIFieldsPtr(ifields);
    DCHECK_EQ(klass->NumInstanceFields(), num_ifields);
  1. 标记字段写操作

  • 功能: 确保所有字段写操作都被正确标记，以便垃圾回收器能够捕捉到相关的根。

  • 实现

    1
    WriteBarrier::ForEveryFieldWrite(klass.Get());
  1. 恢复线程挂起状态

  • 功能: 恢复线程的挂起状态，使其能够正常进行上下文切换。

  • 实现

    1
    self->AllowThreadSuspension();

路径为:art/runtime/class_linker.cc

1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
void ClassLinker::LoadClass(Thread* self,
                            const DexFile& dex_file,
                            const dex::ClassDef& dex_class_def,
                            Handle<mirror::Class> klass) {
  // 创建一个 ClassAccessor 对象来访问指定类的数据。
  // `parse_hiddenapi_class_data` 参数指示是否解析隐藏 API 数据。
  ClassAccessor accessor(dex_file,
                         dex_class_def,
                         /* parse_hiddenapi_class_data= */ klass->IsBootStrapClassLoaded());
 
  // 如果类数据不存在，则无需进一步处理，直接返回。
  if (!accessor.HasClassData()) {
    return;
  }
 
  // 获取当前运行时的实例，以便在方法中使用。
  Runtime* const runtime = Runtime::Current();
 
  {
    // 确保在字段和方法数组设置完成前，线程不会被挂起。
    // 这避免了在字段或方法处理过程中可能出现的数据丢失问题。
    ScopedAssertNoThreadSuspension nts(__FUNCTION__);
 
    // 获取分配器，以便为类的字段分配内存。
    // `GetAllocatorForClassLoader` 根据类加载器获取合适的线性分配器。
    LinearAlloc* const allocator = GetAllocatorForClassLoader(klass->GetClassLoader());
 
    // 为静态字段和实例字段分别分配内存。
    LengthPrefixedArray<ArtField>* sfields = AllocArtFieldArray(self,
                                                                allocator,
                                                                accessor.NumStaticFields());
    LengthPrefixedArray<ArtField>* ifields = AllocArtFieldArray(self,
                                                                allocator,
                                                                accessor.NumInstanceFields());
 
    // 初始化静态字段和实例字段的计数器。
    size_t num_sfields = 0u;
    size_t num_ifields = 0u;
    uint32_t last_static_field_idx = 0u; // 记录上一个处理的静态字段的索引。
    uint32_t last_instance_field_idx = 0u; // 记录上一个处理的实例字段的索引。
 
    // 检查是否存在 AOT 编译的类，如果存在则获取相关信息。
    bool has_oat_class = false;
    const OatFile::OatClass oat_class = (runtime->IsStarted() && !runtime->IsAotCompiler())
        ? OatFile::FindOatClass(dex_file, klass->GetDexClassDefIndex(), &has_oat_class)
        : OatFile::OatClass::Invalid();
 
    // 创建 OatClassCodeIterator 对象，用于遍历 AOT 编译的代码。
    OatClassCodeIterator occi(oat_class);
 
    // 为方法数组分配内存，并设置 `klass` 的方法指针。
    klass->SetMethodsPtr(
        AllocArtMethodArray(self, allocator, accessor.NumMethods()),
        accessor.NumDirectMethods(),
        accessor.NumVirtualMethods());
 
    // 初始化方法索引跟踪变量。
    size_t class_def_method_index = 0; // 当前类定义的方法索引。
    uint32_t last_dex_method_index = dex::kDexNoIndex; // 记录上一个处理的方法的 Dex 索引。
    size_t last_class_def_method_index = 0; // 记录上一个处理的方法的类定义索引。
 
    // 初始化直接方法和虚方法的注释迭代器。
    MethodAnnotationsIterator mai_direct(dex_file, dex_file.GetAnnotationsDirectory(dex_class_def));
    MethodAnnotationsIterator mai_virtual = mai_direct;
 
    // 获取 JIT 编译选项中的热点阈值。
    uint16_t hotness_threshold = runtime->GetJITOptions()->GetWarmupThreshold();
 
    // 使用访问器遍历类的字段和方法。
    // `VisitFieldsAndMethods` 方法允许定义自定义逻辑来处理字段和方法。
    accessor.VisitFieldsAndMethods([&](
        const ClassAccessor::Field& field) REQUIRES_SHARED(Locks::mutator_lock_) {
          uint32_t field_idx = field.GetIndex(); // 获取字段的索引。
          DCHECK_GE(field_idx, last_static_field_idx); // 确保字段索引按顺序。
          if (num_sfields == 0 || LIKELY(field_idx > last_static_field_idx)) {
            // 加载静态字段到 `sfields` 数组中，并更新静态字段计数器和索引。
            LoadField(field, klass, &sfields->At(num_sfields));
            ++num_sfields;
            last_static_field_idx = field_idx;
          }
        }, [&](const ClassAccessor::Field& field) REQUIRES_SHARED(Locks::mutator_lock_) {
          uint32_t field_idx = field.GetIndex(); // 获取字段的索引。
          DCHECK_GE(field_idx, last_instance_field_idx); // 确保字段索引按顺序。
          if (num_ifields == 0 || LIKELY(field_idx > last_instance_field_idx)) {
            // 加载实例字段到 `ifields` 数组中，并更新实例字段计数器和索引。
            LoadField(field, klass, &ifields->At(num_ifields));
            ++num_ifields;
            last_instance_field_idx = field_idx;
          }
        }, [&](const ClassAccessor::Method& method) REQUIRES_SHARED(Locks::mutator_lock_) {
          // 处理直接方法。
          ArtMethod* art_method = klass->GetDirectMethodUnchecked(class_def_method_index,
              image_pointer_size_);
          LoadMethod(dex_file, method, klass.Get(), &mai_direct, art_method);
          LinkCode(art_method, class_def_method_index, &occi); // 链接方法的代码。
          uint32_t it_method_index = method.GetIndex(); // 获取方法的索引。
          if (last_dex_method_index == it_method_index) {
            // 处理方法重复定义的情况。
            art_method->SetMethodIndex(last_class_def_method_index);
          } else {
            // 设置方法索引，并更新索引跟踪变量。
            art_method->SetMethodIndex(class_def_method_index);
            last_dex_method_index = it_method_index;
            last_class_def_method_index = class_def_method_index;
          }
          art_method->ResetCounter(hotness_threshold); // 重置方法的计数器。
          ++class_def_method_index;
        }, [&](const ClassAccessor::Method& method) REQUIRES_SHARED(Locks::mutator_lock_) {
          // 处理虚方法。
          ArtMethod* art_method = klass->GetVirtualMethodUnchecked(
              class_def_method_index - accessor.NumDirectMethods(),
              image_pointer_size_);
          art_method->ResetCounter(hotness_threshold); // 重置方法的计数器。
          LoadMethod(dex_file, method, klass.Get(), &mai_virtual, art_method);
          LinkCode(art_method, class_def_method_index, &occi); // 链接方法的代码。
          ++class_def_method_index;
        });
 
    // 检查实际字段数量与预期字段数量是否一致。
    if (UNLIKELY(num_ifields + num_sfields != accessor.NumFields())) {
      // 记录警告信息，指出字段重复的情况。
      LOG(WARNING) << "Duplicate fields in class " << klass->PrettyDescriptor()
          << " (unique static fields: " << num_sfields << "/" << accessor.NumStaticFields()
          << ", unique instance fields: " << num_ifields << "/" << accessor.NumInstanceFields()
          << ")";
      // 根据实际字段数量调整数组大小。
      if (sfields != nullptr) {
        sfields->SetSize(num_sfields);
      }
      if (ifields != nullptr) {
        ifields->SetSize(num_ifields);
      }
    }
 
    // 设置类的静态字段和实例字段数组。
    klass->SetSFieldsPtr(sfields);
    DCHECK_EQ(klass->NumStaticFields(), num_sfields); // 确保静态字段数目匹配。
    klass->SetIFieldsPtr(ifields);
    DCHECK_EQ(klass->NumInstanceFields(), num_ifields); // 确保实例字段数目匹配。
  }
 
  // 确保所有字段写操作都正确标记，以便记忆集可以捕捉到本地根。
  WriteBarrier::ForEveryFieldWrite(klass.Get());
 
  // 恢复线程挂起状态，使线程能够正常挂起。
  self->AllowThreadSuspension();
}

至此类的加载流程差不多分析完了 有错误分析的地方请大佬指出来QWQ


[招生]科锐逆向工程师培训(2024年11月15日实地，远程教学同时开班, 第51期)

收藏
免费 ・4
支持
分享
最新回复 (1)
菜鸟也想飞
雪    币： 178
活跃值： (1306)
能力值： ( LV2，RANK：10 )
在线值：
发帖
回帖
粉丝
私信
2 楼
感谢分享！
2024-7-22 17:50
0
游客
登录 | 注册 方可回帖
回帖 表情 雪币赚取及消费
高级回复
返回
//