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Android虚拟机与类加载机制

什么是Android虚拟机

Android虚拟机是为了在计算机上模拟Android系统环境，方便开发者开发和测试安卓应用程序的工具。目前Android系统所用的虚拟机主要是Dalvik和ART两种。

Dalvik虚拟机

Dalvik虚拟机是Google在Android系统中使用的Java虚拟机，它使用了一种叫做DEX的字节码文件格式。

在Android应用程序启动时，Dalvik虚拟机会按照Android的类加载机制，载入应用程序的主类，然后从该类开始解析和装载所有的类，构建出完整的类结构。在类解析和装载的过程中，Dalvik虚拟机会开辟出一个单独的内存空间，称作“堆（heap）”，用于存储所有的对象实例和数组。

类的装载过程主要分为：加载（Loading）、验证（Verification）、准备（Preparation）、解析（Resolution）和初始化（Initialization）五个阶段。其中，验证和解析是Dalvik虚拟机独有的步骤。

ART虚拟机

ART虚拟机是在Android 5.0系统中引入的一种新的虚拟机，它使用了一种叫做ART的字节码文件格式。

和Dalvik虚拟机不同的是，ART在应用程序安装的时候就会把字节码文件预先编译为机器码，并保存到设备的存储空间中。这样，在应用程序启动时，ART直接加载机器码，而不需要在运行过程中再进行解释和编译。

这样一来，ART虚拟机虽然需要更多的存储空间，但是却可以在应用程序启动时更快地响应，并且由于避免了解释和编译字节码的过程，还可以减少应用程序运行时的功耗，从而延长设备的电池寿命。

类加载机制

Android应用程序中的类以及所有的依赖库都是通过类加载器进行加载的。

在Android系统中，类加载器主要有BootClassLoader、PathClassLoader、DexClassLoader、InMemoryDexClassLoader等几种。它们的主要区别在于它们所负责加载类的范围不同。

• BootClassLoader

BootClassLoader是Android系统中最高级别的类加载器，用于加载Android系统核心库（如Java核心类库、C标准库等）以及一些重要的类（如ClassLoader类、String类等）。

• PathClassLoader

PathClassLoader也是一个很重要的类加载器，它主要用于加载那些已经安装到设备中的应用程序及其依赖库。具体来说，当一个应用程序被安装到设备中时，它的apk文件会被解压，并在设备的存储空间中生成一个odex文件。在运行时，PathClassLoader会加载该应用程序的odex文件，并从中动态地解析和装载应用程序中的所有类。

• DexClassLoader

DexClassLoader是一个动态加载类的类加载器，它可以从设备文件系统或者网络中加载一个已经存在的dex文件，并根据dex文件中的内容动态地生成对应的类。

• InMemoryDexClassLoader

InMemoryDexClassLoader是一个加载内存中Dex文件的类加载器，它可以从内存中加载一个Dex文件，并动态地生成对应的类。和DexClassLoader类似，InMemoryDexClassLoader能够动态地加载dex文件中的类对象，但是它从内存中加载dex文件，从而避免了读写文件的性能消耗。

示例说明

下面我们来看一个示例，演示DexClassLoader的使用方法，加载设备文件系统中指定的已有dex文件。

public class MyActivity extends Activity {
    private static final String DEX_PATH = "/sdcard/MyApp/classes.dex"; // dex文件的存放路径

    @Override
    public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);

        // 创建DexClassLoader对象
        DexClassLoader dexClassLoader = new DexClassLoader(DEX_PATH, // dex文件的路径
            getDir("dex", Context.MODE_PRIVATE).getAbsolutePath(), // dex文件解包后存放的目录
            null, // 父级类加载器，可以为null，此处没有父级类加载器
            getClassLoader()); // 指定该类加载器作为父级类加载器，以便在加载类的时候优先使用该类加载器加载

        try {
            // 加载指定类
            Class<?> cls = dexClassLoader.loadClass("com.example.MyClass");

            // 创建类的实例
            Object obj = cls.newInstance();

            // 调用类的方法
            Method method = cls.getMethod("helloWorld");
            method.invoke(obj);

        } catch (ClassNotFoundException | IllegalAccessException | InstantiationException | NoSuchMethodException | InvocationTargetException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

上述示例中，我们通过DexClassLoader来动态加载sdcard中的classes.dex文件，并且调用其中包含的指定方法。

另外，还可以使用PathClassLoader来加载设备存储中的指定类文件，下面是一个示例：

public class MyActivity extends Activity {
    private static final String CLASS_FILE_PATH = "/sdcard/MyApp/MyClass.class"; // class文件的存放路径

    @Override
    public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);

        // 创建PathClassLoader对象
        PathClassLoader pathClassLoader = new PathClassLoader(CLASS_FILE_PATH, getClassLoader());

        try {
            // 加载指定类
            Class<?> cls = pathClassLoader.loadClass("com.example.MyClass");

            // 创建类的实例
            Object obj = cls.newInstance();

            // 调用类的方法
            Method method = cls.getMethod("helloWorld");
            method.invoke(obj);

        } catch (ClassNotFoundException | IllegalAccessException | InstantiationException | NoSuchMethodException | InvocationTargetException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

上述示例中，我们通过PathClassLoader来动态加载设备存储中的MyClass.class文件，并且调用其中包含的指定方法。