【Android热修复与插件化 二】class&dex文件详解

一. class文件结构深入解析（生成&执行&内部结构）

1. 如何生成一个class文件？

class文件是能够被JVM识别，加载并执行的文件格式。说白了，它就是一种文件格式，就像mp4、jpg、txt等文件格式一样。
只有java源代码能编译成class文件吗？
下图几种语言也能编译成class文件。

2. 如何生成一个class文件？

一般来说，有两种方式生成class文件：

• IDE会自动帮我们build出class文件
• 手动通过javac去生成class文件（IDE也是通过javac生成的）

3. class文件的作用

记录一个类文件的所有信息。

4. class文件格式详解（重点）

• 一种8位字节的二进制流文件（与音视频文件一样）
• 各个数据按顺序紧密的排列，无间隙（不像有些文件，为了读取上的方便，会做一些填充，比如每80字节是一行）
• 每个类、枚举、接口都单独占据一个class文件

下面我们来讲解一下class文件结构

我们逐行来讲解每个字段的作用。

• magic字段。它是无符号4字节类型。它的作用是一个摘要段，好比文件的md5加密，用来判断class文件是否有被篡改。
• minor_version字段。它指明class文件最早可以支持的jdk版本。
• major_version字段。表示当前class文件是由那个jdk版本生成的。
• constant_pool_count字段。表示class文件中常量池的数量，通常来说，只有一个常量池。

• constant_pool字段[核心]。这个字段代表真正的常量池，它是cp_info类型。也就是说，是一个结构体类型。constant_pool的取值范围如下：
  CONSTANT_Integer_info：int类型
  CONSTANT_Long_info：long类型
  CONSTANT_String_info：String类型
  CONSTANT_Class_info：类相关信息
  CONSTANT_Fieldref_info：类中成员变量相关信息
  CONSTANT_Methodref_info：类中方法相关信息

• access_flag字段。表示class文件的作用域，比如public，private等。如下图，access_flags可以取如下值。
  

• this_class字段。在java源文件中没有定义this关键字，而jdk在生成class文件时补充了这个字段。
• super_class字段。跟this_class原理类似。
• interfaces_count字段。表明当前class文件实现了多少个接口，且只会记录直接实现的接口数量。
• interfaces字段。表明当前class文件直接实现的接口数量。
• fields_count字段。表明当前class文件所有成员变量个数。
• fields字段。是field_info类型。表明成员变量类型、名称等。记录当前class文件所有成员变量。
• methods_count字段。
• methods字段。
• attribute_count字段。属性个数。
• attributes字段。

5. class文件弊端

• 内存占用大，不适合移动端
• 堆栈的加栈模式，加载速度慢
• 文件IO操作多，类查找慢

二. dex文件结构深入解析（生成&执行&内部结构）

1. 什么是dex文件？

能够被DVM识别，加载并执行的文件格式

2. 如何生成一个dex文件？

• 通过IDE自动build生成
• 手动通过dx命令生成dex文件

那么，如何用dx命令生成dex文件，并在手机上运行呢？

1. 找到 sdk目录/build-tools/sdk版本，如我的路径：
   /Users/colinambitious/Library/Android/sdk/build-tools/26.0.22.
   在此文件夹下可以找到dx文件，将此目录设为环境变量。

2. 写一个Test.java文件

   public class Test{
   public static void main(String args[]){
       System.out.println("Hello World.");
   }
   }

3. 使用以下命令，编译成class文件：
   javac -target 1.6 -source 1.6 Test.java

4. 使用adb命令，将生成的class文件push到手机上
   adb push Test.dex /storage/emulated/0
5. 使用adb shell命令，远程连接到手机
   adb shell
6. 运行该dex文件
   dalvikvm -cp ./Test.dex Test

3. dex文件的作用

记录整个工程中所有类文件的信息，

4. dex文件格式详解（重点）

• 一种8字节的二进制流文件
• 各个数据按顺序紧密排列，无间隙
• 整个应用所有java源文件都在一个dex中

我们来结合下面这张图来讲解。

dex文件总共有三个部分：文件头、索引区、数据区。

• 文件头header。主要记录了dex文件信息。
• 索引区。包含了字符串索引、类型索引、方法原型索引、域索引、方法索引。
• 数据区。包含了索引区索引的内容。

三. class文件与dex文件对比

• 本质上class文件和dex文件都是一样的（java源文件演变而来），而dex文件又是从class文件演变而来的。
• class文件存在许多冗余信息，dex去除冗余。因为，class文件一个类就有一个常量池，dex文件中所有数据都是存储在同一个数据区的。

从下面这张图可以看出，jar包中每一个class都有header、constant pool等，而dex把这些所有class的信息整合到了一起。