編輯:關於Android編程
在目前的軟硬件環境下,Native App與Web App在用戶體驗上有著明顯的優勢,但在實際項目中有些會因為業務的頻繁變更而頻繁的升級客戶端,造成較差的用戶體驗,而這也恰恰是Web App的優勢。本文對網上Android動態加載jar的資料進行梳理和實踐在這裡與大家一起分享,試圖改善頻繁升級這一弊病。
Android應用開發在一般情況下,常規的開發方式和代碼架構就能滿足我們的普通需求。但是有些特殊問題,常常引發我們進一步的沉思。我們從沉思中產生頓悟,從而產生新的技術形式。
如何開發一個可以自定義控件的Android應用?就像eclipse一樣,可以動態加載插件;如何讓Android應用執行服務器上的不可預知的代碼?如何對Android應用加密,而只在執行時自解密,從而防止被破解?……
熟悉Java技術的朋友,可能意識到,我們需要使用類加載器靈活的加載執行的類。這在Java裡已經算是一項比較成熟的技術了,但是在Android中,我們大多數人都還非常陌生。
類加載機制
Dalvik虛擬機如同其他Java虛擬機一樣,在運行程序時首先需要將對應的類加載到內存中。而在Java標准的虛擬機中,類加載可以從class文件中讀取,也可以是其他形式的二進制流,因此,我們常常利用這一點,在程序運行時手動加載Class,從而達到代碼動態加載執行的目的
然而Dalvik虛擬機畢竟不算是標准的Java虛擬機,因此在類加載機制上,它們有相同的地方,也有不同之處。我們必須區別對待
例如,在使用標准Java虛擬機時,我們經常自定義繼承自ClassLoader的類加載器。然後通過defineClass方法來從一個二進制流中加載Class。然而,這在Android裡是行不通的,大家就沒必要走彎路了。參看源碼我們知道,Android中ClassLoader的defineClass方法具體是調用VMClassLoader的defineClass本地靜態方法。而這個本地方法除了拋出一個“UnsupportedOperationException”之外,什麼都沒做,甚至連返回值都為空
staticvoidDalvik_java_lang_VMClassLoader_defineClass(constu4*args,JValue*pResult){
Object*loader=(Object*)args[0];
StringObject*nameObj=(StringObject*)args[1];
constu1*data=(constu1*)args[2];
intoffset=args[3];
intlen=args[4];
Object*pd=(Object*)args[5];
char*name=NULL;
name=dvmCreateCstrFromString(nameObj);
LOGE("ERROR:defineClass(%p,%s,%p,%d,%d,%p)\n",loader,name,data,offset,len,pd);
dvmThrowException("Ljava/lang/UnsupportedOperationException;","can'tloadthistypeofclassfile");
free(name);
RETURN_VOID();
}
Dalvik虛擬機類加載機制
那如果在Dalvik虛擬機裡,ClassLoader不好使,我們如何實現動態加載類呢?Android為我們從ClassLoader派生出了兩個類:DexClassLoader和PathClassLoader。其中需要特別說明的是PathClassLoader中一段被注釋掉的代碼:
/*--thisdoesn'tworkincurrentversionofDalvik--
if(data!=null){
System.out.println("---Foundclass"+name
+"inzip["+i+"]'"+mZips[i].getName()+"'");
intdotIndex=name.lastIndexOf('.');
if(dotIndex!=-1){
StringpackageName=name.substring(0,dotIndex);
synchronized(this){
PackagepackageObj=getPackage(packageName);
if(packageObj==null){
definePackage(packageName,null,null,
null,null,null,null,null);
}
}
}
returndefineClass(name,data,0,data.length);
}
*/
這從另一方面佐證了defineClass函數在Dalvik虛擬機裡確實是被閹割了。而在這兩個繼承自ClassLoader的類加載器,本質上是重載了ClassLoader的findClass方法。在執行loadClass時,我們可以參看ClassLoader部分源碼:
protectedClassloadClass(StringclassName,booleanresolve)throwsClassNotFoundException{
Classclazz=findLoadedClass(className);
if(clazz==null){
try{
clazz=parent.loadClass(className,false);
}catch(ClassNotFoundExceptione){
//Don'twanttoseethis.
}
if(clazz==null){
clazz=findClass(className);
}
}
returnclazz;
}
因此DexClassLoader和PathClassLoader都屬於符合雙親委派模型的類加載器(因為它們沒有重載loadClass方法)。也就是說,它們在加載一個類之前,回去檢查自己以及自己以上的類加載器是否已經加載了這個類。如果已經加載過了,就會直接將之返回,而不會重復加載。
DexClassLoader和PathClassLoader其實都是通過DexFile這個類來實現類加載的。這裡需要順便提一下的是,Dalvik虛擬機識別的是dex文件,而不是class文件。因此,我們供類加載的文件也只能是dex文件,或者包含有dex文件的.apk或.jar文件。
也許有人想到,既然DexFile可以直接加載類,那麼我們為什麼還要使用ClassLoader的子類呢?DexFile在加載類時,具體是調用成員方法loadClass或者loadClassBinaryName。其中loadClassBinaryName需要將包含包名的類名中的”.”轉換為”/”我們看一下loadClass代碼就清楚了:
publicClassloadClass(Stringname,ClassLoaderloader){
StringslashName=name.replace('.','/');
returnloadClassBinaryName(slashName,loader);
}
在這段代碼前有一段注釋,截取關鍵一部分就是說:If you are not calling this from a class loader, this is most likely not going to do what you want. Use {@link Class#forName(String)} instead. 這就是我們需要使用ClassLoader子類的原因。至於它是如何驗證是否是在ClassLoader中調用此方法的,我沒有研究,大家如果有興趣可以繼續深入下去。
有一個細節,可能大家不容易注意到。PathClassLoader是通過構造函數new DexFile(path)來產生DexFile對象的;而DexClassLoader則是通過其靜態方法loadDex(path, outpath, 0)得到DexFile對象。這兩者的區別在於DexClassLoader需要提供一個可寫的outpath路徑,用來釋放.apk包或者.jar包中的dex文件。換個說法來說,就是PathClassLoader不能主動從zip包中釋放出dex,因此只支持直接操作dex格式文件,或者已經安裝的apk(因為已經安裝的apk在cache中存在緩存的dex文件)。而DexClassLoader可以支持.apk、.jar和.dex文件,並且會在指定的outpath路徑釋放出dex文件。
另外,PathClassLoader在加載類時調用的是DexFile的loadClassBinaryName,而DexClassLoader調用的是loadClass。因此,在使用PathClassLoader時類全名需要用”/”替換”.”
實際操作
使用到的工具都比較常規:javac、dx、eclipse等其中dx工具最好是指明--no-strict,因為class文件的路徑可能不匹配
加載好類後,通常我們可以通過Java反射機制來使用這個類但是這樣效率相對不高,而且老用反射代碼也比較復雜凌亂。更好的做法是定義一個interface,並將這個interface寫進容器端。待加載的類,繼承自這個interface,並且有一個參數為空的構造函數,以使我們能夠通過Class的newInstance方法產生對象然後將對象強制轉換為interface對象,於是就可以直接調用成員方法了,下面是具體的實現步驟了:
第一步:
編寫好動態代碼類:
packagecom.dynamic.interfaces;
importandroid.app.Activity;
/**
*動態加載類的接口
*/
publicinterfaceIDynamic{
/**初始化方法*/
publicvoidinit(Activityactivity);
/**自定義方法*/
publicvoidshowBanner();
publicvoidshowDialog();
publicvoidshowFullScreen();
publicvoidshowAppWall();
/**銷毀方法*/
publicvoiddestory();
}
實現類代碼如下:
packagecom.dynamic.impl;
importandroid.app.Activity;
importandroid.widget.Toast;
importcom.dynamic.interfaces.IDynamic;
/**
*動態類的實現
*
*/
publicclassDynamicimplementsIDynamic{
privateActivitymActivity;
@Override
publicvoidinit(Activityactivity){
mActivity=activity;
}
@Override
publicvoidshowBanner(){
Toast.makeText(mActivity,"我是ShowBannber方法",1500).show();
}
@Override
publicvoidshowDialog(){
Toast.makeText(mActivity,"我是ShowDialog方法",1500).show();
}
@Override
publicvoidshowFullScreen(){
Toast.makeText(mActivity,"我是ShowFullScreen方法",1500).show();
}
@Override
publicvoidshowAppWall(){
Toast.makeText(mActivity,"我是ShowAppWall方法",1500).show();
}
@Override
publicvoiddestory(){
}
}
這樣動態類就開發好了
第二步:
將上面開發好的動態類打包成.jar,這裡要注意的是只打包實現類Dynamic.Java,不打包接口類IDynamic.java,
然後將打包好的jar文件拷貝到android的安裝目錄中的platform-tools目錄下,使用dx命令:(我的jar文件是dynamic.jar)
dx--dex--output=dynamic_temp.jar dynamic.jar
這樣就生成了dynamic_temp.jar,這個jar和dynamic.jar有什麼區別呢?
其實這條命令主要做的工作是:首先將dynamic.jar編譯成dynamic.dex文件(Android虛擬機認識的字節碼文件),然後再將dynamic.dex文件壓縮成dynamic_temp.jar,當然你也可以壓縮成.zip格式的,或者直接編譯成.apk文件都可以的,這個後面會說到。
到這裡還不算完事,因為你想想用什麼來連接動態類和目標類呢?那就是動態類的接口了,所以這時候還要打個.jar包,這時候只需要打接口類IDynamic.java了
然後將這個.jar文件引用到目標類中,下面來看一下目標類的實現:
packagecom.jiangwei.demo;
importjava.io.File;
importjava.util.List;
importandroid.app.Activity;
importandroid.content.Intent;
importandroid.content.pm.ActivityInfo;
importandroid.content.pm.PackageManager;
importandroid.content.pm.ResolveInfo;
importandroid.os.Bundle;
importandroid.os.Environment;
importandroid.view.View;
importandroid.widget.Button;
importandroid.widget.Toast;
importcom.dynamic.interfaces.IDynamic;
importdalvik.system.DexClassLoader;
importdalvik.system.PathClassLoader;
publicclassAndroidDynamicLoadClassActivityextendsActivity{
//動態類加載接口
privateIDynamiclib;
@Override
publicvoidonCreate(BundlesavedInstanceState){
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.main);
//初始化組件
ButtonshowBannerBtn=(Button)findViewById(R.id.show_banner_btn);
ButtonshowDialogBtn=(Button)findViewById(R.id.show_dialog_btn);
ButtonshowFullScreenBtn=(Button)findViewById(R.id.show_fullscreen_btn);
ButtonshowAppWallBtn=(Button)findViewById(R.id.show_appwall_btn);
/**使用DexClassLoader方式加載類*/
//dex壓縮文件的路徑(可以是apk,jar,zip格式)
StringdexPath=Environment.getExternalStorageDirectory().toString()+File.separator+"Dynamic.apk";
//dex解壓釋放後的目錄
//StringdexOutputDir=getApplicationInfo().dataDir;
StringdexOutputDirs=Environment.getExternalStorageDirectory().toString();
//定義DexClassLoader
//第一個參數:是dex壓縮文件的路徑
//第二個參數:是dex解壓縮後存放的目錄
//第三個參數:是C/C++依賴的本地庫文件目錄,可以為null
//第四個參數:是上一級的類加載器
DexClassLoadercl=newDexClassLoader(dexPath,dexOutputDirs,null,getClassLoader());
/**使用PathClassLoader方法加載類*/
//創建一個意圖,用來找到指定的apk:這裡的"com.dynamic.impl是指定apk中在AndroidMainfest.xml文件中定義的
Intentintent=newIntent("com.dynamic.impl",null);
//獲得包管理器
PackageManagerpm=getPackageManager();
Listresolveinfoes=pm.queryIntentActivities(intent,0);
//獲得指定的activity的信息
ActivityInfoactInfo=resolveinfoes.get(0).activityInfo;
//獲得apk的目錄或者jar的目錄
StringapkPath=actInfo.applicationInfo.sourceDir;
//native代碼的目錄
StringlibPath=actInfo.applicationInfo.nativeLibraryDir;
//創建類加載器,把dex加載到虛擬機中
//第一個參數:是指定apk安裝的路徑,這個路徑要注意只能是通過actInfo.applicationInfo.sourceDir來獲取
//第二個參數:是C/C++依賴的本地庫文件目錄,可以為null
//第三個參數:是上一級的類加載器
PathClassLoaderpcl=newPathClassLoader(apkPath,libPath,this.getClassLoader());
//加載類
try{
//com.dynamic.impl.Dynamic是動態類名
//使用DexClassLoader加載類
//ClasslibProviderClazz=cl.loadClass("com.dynamic.impl.Dynamic");
//使用PathClassLoader加載類
ClasslibProviderClazz=pcl.loadClass("com.dynamic.impl.Dynamic");
lib=(IDynamic)libProviderClazz.newInstance();
if(lib!=null){
lib.init(AndroidDynamicLoadClassActivity.this);
}
}catch(Exceptionexception){
exception.printStackTrace();
}
/**下面分別調用動態類中的方法*/
showBannerBtn.setOnClickListener(newView.OnClickListener(){
publicvoidonClick(Viewview){
if(lib!=null){
lib.showBanner();
}else{
Toast.makeText(getApplicationContext(),"類加載失敗",1500).show();
}
}
});
showDialogBtn.setOnClickListener(newView.OnClickListener(){
publicvoidonClick(Viewview){
if(lib!=null){
lib.showDialog();
}else{
Toast.makeText(getApplicationContext(),"類加載失敗",1500).show();
}
}
});
showFullScreenBtn.setOnClickListener(newView.OnClickListener(){
publicvoidonClick(Viewview){
if(lib!=null){
lib.showFullScreen();
}else{
Toast.makeText(getApplicationContext(),"類加載失敗",1500).show();
}
}
});
showAppWallBtn.setOnClickListener(newView.OnClickListener(){
publicvoidonClick(Viewview){
if(lib!=null){
lib.showAppWall();
}else{
Toast.makeText(getApplicationContext(),"類加載失敗",1500).show();
}
}
});
}
}
這裡面定義了一個IDynamic接口變量,同時使用了DexClassLoader和PathClassLoader來加載類,這裡面先來說一說DexClassLoader方式加載:
//定義DexClassLoader
//第一個參數:是dex壓縮文件的路徑
//第二個參數:是dex解壓縮後存放的目錄
//第三個參數:是C/C++依賴的本地庫文件目錄,可以為null
//第四個參數:是上一級的類加載器
DexClassLoadercl=newDexClassLoader(dexPath,dexOutputDirs,null,getClassLoader()); 上面已經說了,DexClassLoader是繼承ClassLoader類的,這裡面的參數說明:
第一個參數是:dex壓縮文件的路徑:這個就是我們將上面編譯後的dynamic_temp.jar存放的目錄,當然也可以是.zip和.apk格式的
第二個參數是:dex解壓後存放的目錄:這個就是將.jar,.zip,.apk文件解壓出的dex文件存放的目錄,這個就和PathClassLoader方法有區別了,同時你也可以看到PathClassLoader方法中沒有這個參數,這個也真是這兩個類的區別:
PathClassLoader不能主動從zip包中釋放出dex,因此只支持直接操作dex格式文件,或者已經安裝的apk(因為已經安裝的apk在手機的data/dalvik目錄中存在緩存的dex文件)。而DexClassLoader可以支持.apk、.jar和.dex文件,並且會在指定的outpath路徑釋放出dex文件。
然而我們可以通過DexClassLoader方法指定解壓後的dex文件的存放目錄,但是我們一般不這麼做,因為這樣做無疑的暴露了dex文件,所以我們一般不會將.jar/.zip/.apk壓縮文件存放到用戶可以察覺到的位置,同時解壓dex的目錄也是不能讓用戶看到的。
第三個參數和第四個參數用到的不是很多,所以這裡就不做太多的解釋了。
這裡還要注意一點就是PathClassLoader方法的時候,第一個參數是dex存放的路徑,這裡傳遞的是:
//獲得apk的目錄或者jar的目錄
StringapkPath=actInfo.applicationInfo.sourceDir;
指定的apk安裝路徑,這個值只能這樣獲取,不然會加載類失敗的
第三步:
運行目標類:
要做的工作是:
如果用的是DexClassLoader方式加載類:這時候需要將.jar或者.zip或者.apk文件放到指定的目錄中,我這裡為了方便就放到sd卡的根目錄中
如果用的是PathClassLoader方法加載類:這時候需要先將Dynamic.apk安裝到手機中,不然找不到這個activity,同時要注意的是:
//創建一個意圖,用來找到指定的apk:這裡的"com.dynamic.impl是指定apk中在AndroidMainfest.xml文件中定義的
Intentintent=newIntent("com.dynamic.impl",null); 這裡的com.dynamic.impl是一個action需要在指定的apk中定義,這個名稱是動態apk和目標apk之間約定好的
運行結果
點擊showBanner顯示一個Toast,成功的運行了動態類中的代碼!
其實更好的辦法就是將動態的.jar.zip.apk文件從網絡上獲取,安全可靠,同時本地的目標項目不需要改動代碼就可以執行不同的邏輯了
關於代碼加密的一些設想
最初設想將dex文件加密,然後通過JNI將解密代碼寫在Native層。解密之後直接傳上二進制流,再通過defineClass將類加載到內存中。
現在也可以這樣做,但是由於不能直接使用defineClass,而必須傳文件路徑給dalvik虛擬機內核,因此解密後的文件需要寫到磁盤上,增加了被破解的風險。
Dalvik虛擬機內核僅支持從dex文件加載類的方式是不靈活的,由於沒有非常深入的研究內核,我不能確定是Dalvik虛擬機本身不支持還是Android在移植時將其閹割了。不過相信Dalvik或者是Android開源項目都正在向能夠支持raw數據定義類方向努力。
我們可以在文檔中看到Google說:Jar or APK file with "classes.dex". (May expand this to include "raw DEX" in the future.);在Android的Dalvik源碼中我們也能看到RawDexFile的身影(不過沒有具體實現)
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