前言
21世紀(jì)翩剪，安卓虛擬機(jī)正在一步步的走入我們的生活，小到個(gè)人部分朋友在電腦上使用安卓虛擬機(jī)玩手游彩郊，大到安卓從業(yè)人員在虛擬機(jī)上面跑程序前弯。不得不承認(rèn)蚪缀，對于每一位Androider 而言，安卓虛擬機(jī)是我們?nèi)粘ｉ_發(fā)中不可或缺的一環(huán)恕出，但是關(guān)于安卓虛擬機(jī)的一些知識(shí)點(diǎn)和小細(xì)節(jié)你真的完全掌握了么询枚？本文將就主要包括 dex file, oat file, mirror::Class, ArtField, ArtMethod, DexCache, ClassTable，這一塊內(nèi)容進(jìn)行一個(gè)簡單的概述和討論浙巫，希望新手們多多學(xué)習(xí)金蜀，老手們溫故而知新。
在這里的畴，歡迎大家在評論區(qū)留下您的高見或者是提出疑問渊抄、異議，歡迎各位朋友前來討論丧裁，互相交流护桦，最后，如果覺得本文寫的不錯(cuò)的朋友可以點(diǎn)個(gè)關(guān)注煎娇，咱們每日更新高質(zhì)量Android進(jìn)階知識(shí)二庵，歡迎指正。
dex2oat 觸發(fā)場景
dex2oat 的作用：對 dex 文件進(jìn)行編譯逊桦，根據(jù)參數(shù)眨猎，生成 oat vdex art 文件。
各種文件
.dex
主要看下 class_def强经，class_def 代表的是類的基本信息睡陪，關(guān)鍵內(nèi)容：
- class_idx/superclass_idx：string_id 的索引，類名字符串
- interfaces_off：數(shù)組匿情，對應(yīng)的是實(shí)現(xiàn)的接口類型 id
- type_list -> type_item -> type_idx
- class_data_off：所有成員變量和成員函數(shù)信息
- 定義兰迫、繼承和實(shí)現(xiàn)的函數(shù)
- 除了 direct_methods 以外的
- static, private, constructor
- direct_methods
- virtual_methods
- class_data_item
- code_item 是什么？
- code_item 存儲(chǔ)的是 dex 中的字節(jié)碼炬称，用解釋器來執(zhí)行
DexFile：
DexFile(const uint8_t* base,
size_t size,
const uint8_t* data_begin,
size_t data_size,
const std::string& location,
uint32_t location_checksum,
const OatDexFile* oat_dex_file,
std::unique_ptr<DexFileContainer> container,
bool is_compact_dex);
const Header* const header_;
const dex::StringId* const string_ids_;
const dex::TypeId* const type_ids_;
const dex::FieldId* const field_ids_;
const dex::MethodId* const method_ids_;
const dex::ProtoId* const proto_ids_;
const dex::ClassDef* const class_defs_;
// If this dex file was loaded from an oat file, oat_dex_file_ contains a
// pointer to the OatDexFile it was loaded from. Otherwise oat_dex_file_ is
// null.
mutable const OatDexFile* oat_dex_file_;
};
如果該 dex 是從一個(gè) oat 文件里獲取的汁果，DexFile 中還包括一個(gè) oat_dex_file 的指針，指向?qū)τ诘?oat file玲躯。后面 loadClass 時(shí)會(huì)用到這個(gè)指針据德。
Dex 文件里保存的是符號(hào)引用，需要經(jīng)過一次解析才能拿到最終信息跷车，比如獲取類的名稱棘利，需要通過 string_id 去 string_data 里找一下才知道。
DexCache 的存在就是為了避免重復(fù)解析朽缴。
.odex
DVM 上使用善玫。
.odex 在 dex 文件前增加了 header 信息，后面增加了其他 dex 的依賴和一些輔助信息密强。
.oat
ART 上使用茅郎。
Oat 文件是一種特殊的 ELF 文件格式蜗元，它包含 dex 文件編譯得到的機(jī)器指令，在 8.0 以下包括原始的 dex 內(nèi)容系冗，8.0 之后 raw dex 在 quicken 化之后是在 .vdex 里奕扣。
- oat data section 對應(yīng)的是 dex 文件相關(guān)信息（8.0 之后在 .vdex 文件中）
- oat exec section 對應(yīng)的是 dex 編譯生成的機(jī)器指令
.vdex
- VerifierDeps 用于快速校驗(yàn) dex 里 method 合法性
8.0 增加，目的是減少 dex2oat 時(shí)間
dex2oat::Setup()：
// No need to verify the dex file when we have a vdex file, which means it was already
// verified.
const bool verify =
(input_vdex_file_ == nullptr) && !compiler_options_->AssumeDexFilesAreVerified();
if (!oat_writers_[i]->WriteAndOpenDexFiles(
vdex_files_[i].get(),
verify,
update_input_vdex_,
copy_dex_files_,
&opened_dex_files_map,
&opened_dex_files)) {
return dex2oat::ReturnCode::kOther;
}
如果之前做過 dex2oat毕谴，有 vdex 文件成畦，下次執(zhí)行 dex2oat 時(shí)（比如系統(tǒng) OTA）就可以省去重新 verify dex 的過程。
類信息
mirror::Class
// C++ mirror of java.lang.Class
class MANAGED Class final : public Object {
// Defining class loader, or null for the "bootstrap" system loader.
HeapReference<ClassLoader> class_loader_;
// 數(shù)組元素的類型
// (for String[][][], this will be String[][]). null for non-array classes.
HeapReference<Class> component_type_;
// 這個(gè)類對應(yīng)的 DexCache 對象涝开，虛擬機(jī)直接創(chuàng)建的類沒有這個(gè)值（數(shù)組循帐、基本類型）
HeapReference<DexCache> dex_cache_;
//接口表，包括自己實(shí)現(xiàn)的和繼承的
HeapReference<IfTable> iftable_;
// 類名舀武，"java.lang.Class" or "[C"
HeapReference<String> name_;
HeapReference<Class> super_class_;
//虛函數(shù)表拄养，invoke-virtual 調(diào)用的函數(shù)，包括父類的和當(dāng)前類的
HeapReference<PointerArray> vtable_;
//本類定義的非靜態(tài)成員银舱，不包括父類的瘪匿。
uint64_t ifields_;
/* [0,virtual_methods_offset_):本類的direct函數(shù)
[virtual_methods_offset_,copied_methods_offset_):本類的virtual函數(shù)
[copied_methods_offset_, ...) 諸如miranda函數(shù)等 */
uint64_t methods_;
// Static fields length-prefixed array.
uint64_t sfields_;
uint32_t access_flags_;
uint32_t class_flags_;
// Total size of the Class instance; used when allocating storage on gc heap
uint32_t class_size_;
// Tid used to check for recursive <clinit> invocation.
pid_t clinit_thread_id_;
static_assert(sizeof(pid_t) == sizeof(int32_t), "java.lang.Class.clinitThreadId size check");
// ClassDef index in dex file, -1 if no class definition such as an array.
int32_t dex_class_def_idx_;
// Type index in dex file.
int32_t dex_type_idx_;
};
Class 成員變量比較多，重點(diǎn)關(guān)注這幾個(gè)：
- iftable_:
- 接口類所對應(yīng)的 Class 對象
- 該接口類中的方法寻馏。
- 保存該類直接實(shí)現(xiàn)或間接實(shí)現(xiàn)（繼承）的接口信息
- 接口信息包含兩個(gè)部分
- vtable_:
- 保存該類直接定義或間接定義的 virtual 方法
- 比如Object類中的wait棋弥、notify、toString 等方法
- methods_:
- 只包含本類直接定義的 direct诚欠、virtual 方法和 Miranda 方法
- 一般 vtable_ 包含內(nèi)容會(huì)多于 methods_
- sfields_ 靜態(tài)變量
- ifields_ 實(shí)例變量
- ClassLinker::LoadClass 階段分配內(nèi)存和設(shè)置數(shù)據(jù)
ArtField
class ArtField {
GcRoot<mirror::Class> declaring_class_;
uint32_t access_flags_ = 0;
// 在 dex 中 field_ids 數(shù)組中的索引
uint32_t field_dex_idx_ = 0顽染；
//成員變量的offset
uint32_t offset_ = 0;
}
一個(gè) ArtField 對象代表類中的一個(gè)成員變量。
offset_ 含義：
- 如果是靜態(tài)成員變量轰绵，offset_ 代表變量的存儲(chǔ)空間在 Class 對象的內(nèi)存布局里的起始位置
- 如果是非靜態(tài)成員變量粉寞，offset_ 代表在 Object 對象的內(nèi)存布局里的起始位置
ArtMethod
ArtMethod 代表一個(gè)運(yùn)行在 Android Runtime 中的 Java 側(cè)的方法，主要結(jié)構(gòu)：
class ArtMethod {
protected:
GcRoot<mirror::Class> declaring_class_;
std::atomic<std::uint32_t> access_flags_;
//在 dex file 中的位置
// Offset to the CodeItem.
uint32_t dex_code_item_offset_;
//在 dex 中 method_id 的 index左腔，通過它獲取名稱等信息
uint32_t dex_method_index_;
/* End of dex file fields. */
// static/direct method -> declaringClass.directMethods
// virtual method -> vtable
// interface method -> ifTable
uint16_t method_index_;
// 調(diào)用一次加一唧垦，超過閾值可能會(huì)被編譯成本地方法
uint16_t hotness_count_;
// Fake padding field gets inserted here.
// Must be the last fields in the method.
struct PtrSizedFields {
//方法入口地址
void* entry_point_from_quick_compiled_code_;
} ptr_sized_fields_;
}
這個(gè) entry_point 是在 ClassLinker#LinkCode 時(shí)設(shè)置的入口，后面執(zhí)行這個(gè)方法時(shí)液样，不論是解釋執(zhí)行還是以本地機(jī)器指令執(zhí)行振亮，都通過 ArtMethod 的 GetEntryPointFromCompiledCode 獲取入口點(diǎn)。
緩存
ClassTable
每個(gè) ClassLoader 有一個(gè) class_table_鞭莽，它的成員主要是一個(gè) ClassSet vector：
ClassTable:
// Lock to guard inserting and removing.
mutable ReaderWriterMutex lock_;
// We have a vector to help prevent dirty pages after the zygote forks by calling FreezeSnapshot.
std::vector<ClassSet> classes_ GUARDED_BY(lock_);
// Hash set that hashes class descriptor, and compares descriptors and class loaders. Results
// should be compared for a matching class descriptor and class loader.
typedef HashSet<TableSlot,
TableSlotEmptyFn,
ClassDescriptorHashEquals,
ClassDescriptorHashEquals,
TrackingAllocator<TableSlot, kAllocatorTagClassTable>> ClassSet;
通過 ClassLinker::InsertClass 插入到 ClassTable 中
- ClassLinker::InsertClassTableForClassLoader
- ClassLinker::RegisterClassLoader 創(chuàng)建 ClassTable
void ClassLinker::RegisterClassLoader(ObjPtr<mirror::ClassLoader> class_loader) {
CHECK(class_loader->GetAllocator() == nullptr);
CHECK(class_loader->GetClassTable() == nullptr);
Thread* const self = Thread::Current();
ClassLoaderData data;
data.weak_root = self->GetJniEnv()->GetVm()->AddWeakGlobalRef(self, class_loader);
// Create and set the class table.
data.class_table = new ClassTable;
class_loader->SetClassTable(data.class_table);
// Create and set the linear allocator.
data.allocator = Runtime::Current()->CreateLinearAlloc();
class_loader->SetAllocator(data.allocator);
// Add to the list so that we know to free the data later.
class_loaders_.push_back(data);
}
調(diào)用處：
FindClass 時(shí)會(huì)調(diào)用 LookupClass 查詢：
ObjPtr<mirror::Class> ClassLinker::LookupClass(Thread* self,
const char* descriptor,
size_t hash,
ObjPtr<mirror::ClassLoader> class_loader) {
ReaderMutexLock mu(self, *Locks::classlinker_classes_lock_);
ClassTable* const class_table = ClassTableForClassLoader(class_loader);
if (class_table != nullptr) {
ObjPtr<mirror::Class> result = class_table->Lookup(descriptor, hash);
if (result != nullptr) {
return result;
}
}
return nullptr;
}
DexCache
DexCache 保存的是一個(gè) Dex 里解析后的成員變量双炕、方法、類型撮抓、字符串信息。
// C++ mirror of java.lang.DexCache.
class MANAGED DexCache final : public Object {
HeapReference<ClassLoader> class_loader_;
// 對應(yīng)的 dex 文件路徑
HeapReference<String> location_;
uint64_t dex_file_; // const DexFile*
uint64_t preresolved_strings_; // GcRoot<mirror::String*> array
uint64_t resolved_call_sites_; // GcRoot<CallSite>* array
//field_idx
uint64_t resolved_fields_; // std::atomic<FieldDexCachePair>*
uint64_t resolved_method_types_; // std::atomic<MethodTypeDexCachePair>*
uint64_t resolved_methods_; // ArtMethod*,
uint64_t resolved_types_; // TypeDexCacheType*
uint64_t strings_; // std::atomic<StringDexCachePair>*
uint32_t num_preresolved_strings_;
uint32_t num_resolved_call_sites_;
uint32_t num_resolved_fields_;
uint32_t num_resolved_method_types_;
uint32_t num_resolved_methods_;
uint32_t num_resolved_types_;
uint32_t num_strings_;
}
什么時(shí)候創(chuàng)建和讀取呢摇锋？
- 在 ART 中每當(dāng)一個(gè)類被加載時(shí)丹拯，ART 運(yùn)行時(shí)都會(huì)檢查該類所屬的 DEX 文件是否已經(jīng)關(guān)聯(lián)有一個(gè) Dex Cache站超。如果還沒有關(guān)聯(lián)，那么就會(huì)創(chuàng)建一個(gè) Dex Cache乖酬，并且建立好關(guān)聯(lián)關(guān)系死相。
DefineClass:
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);
結(jié)尾
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