前言
21世纪，安卓虚拟机正在一步步的走入咱们的生存，小到集体局部敌人在电脑上应用安卓虚拟机玩手游，大到安卓从业人员在虚拟机下面跑程序。不得不抵赖，对于每一位Androider 而言，安卓虚拟机是咱们日常开发中不可或缺的一环，然而对于安卓虚拟机的一些知识点和小细节你真的齐全把握了么？本文将就次要包含 dex file, oat file, mirror::Class, ArtField, ArtMethod, DexCache, ClassTable，这一块内容进行一个简略的概述和探讨，心愿老手们多多学习，新手们温故而知新。
在这里，欢送大家在评论区留下您的浅见或者是提出疑难、异议，欢送各位朋友前来探讨，相互交换，最初，如果感觉本文写的不错的敌人能够点个关注，咱们每日更新高质量Android进阶常识，欢送斧正。
dex2oat 触发场景
dex2oat 的作用：对 dex 文件进行编译，依据参数，生成 oat vdex art 文件。
各种文件
.dex
次要看下 class_def，class_def 代表的是类的根本信息，要害内容：
- class_idx/superclass_idx：string_id 的索引，类名字符串
interfaces_off：数组，对应的是实现的接口类型 id
- type_list -> type_item -> type_idx
class_data_off：所有成员变量和成员函数信息
- 定义、继承和实现的函数
- 除了 direct_methods 以外的
- static, private, constructor
- direct_methods
- virtual_methods
- class_data_item
code_item 是什么？
- code_item 存储的是 dex 中的字节码，用解释器来执行
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_;};如果该 dex 是从一个 oat 文件里获取的，DexFile 中还包含一个 oat_dex_file 的指针，指向对于的 oat file。前面 loadClass 时会用到这个指针。
Dex 文件里保留的是符号援用，须要通过一次解析能力拿到最终信息，比方获取类的名称，须要通过 string_id 去 string_data 里找一下才晓得。
DexCache 的存在就是为了防止反复解析。
.odex
DVM 上应用。
.odex 在 dex 文件前减少了 header 信息，前面减少了其余 dex 的依赖和一些辅助信息。
.oat
ART 上应用。
Oat 文件是一种非凡的 ELF 文件格式，它蕴含 dex 文件编译失去的机器指令，在 8.0 以下包含原始的 dex 内容，8.0 之后 raw dex 在 quicken 化之后是在 .vdex 里。
- oat data section 对应的是 dex 文件相干信息（8.0 之后在 .vdex 文件中）
- oat exec section 对应的是 dex 编译生成的机器指令
.vdex
- VerifierDeps 用于疾速校验 dex 里 method 合法性
8.0 减少，目标是缩小 dex2oat 工夫
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; }如果之前做过 dex2oat，有 vdex 文件，下次执行 dex2oat 时（比方零碎 OTA）就能够省去从新 verify dex 的过程。
类信息
mirror::Class
// C++ mirror of java.lang.Classclass MANAGED Class final : public Object { // Defining class loader, or null for the "bootstrap" system loader. HeapReference<ClassLoader> class_loader_; // 数组元素的类型 // (for String[][][], this will be String[][]). null for non-array classes. HeapReference<Class> component_type_; // 这个类对应的 DexCache 对象，虚拟机间接创立的类没有这个值（数组、根本类型） HeapReference<DexCache> dex_cache_; //接口表，包含本人实现的和继承的 HeapReference<IfTable> iftable_; // 类名，"java.lang.Class" or "[C" HeapReference<String> name_; HeapReference<Class> super_class_; //虚函数表，invoke-virtual 调用的函数，包含父类的和以后类的 HeapReference<PointerArray> vtable_; //本类定义的非动态成员，不包含父类的。 uint64_t ifields_; /* [0,virtual_methods_offset_):本类的direct函数 [virtual_methods_offset_,copied_methods_offset_):本类的virtual函数 [copied_methods_offset_, ...) 诸如miranda函数等 */ 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 成员变量比拟多，重点关注这几个：
iftable_:
- 接口类所对应的 Class 对象
- 该接口类中的办法。
- 保留该类间接实现或间接实现（继承）的接口信息
- 接口信息蕴含两个局部
vtable_:
- 保留该类间接定义或间接定义的 virtual 办法
- 比方Object类中的wait、notify、toString 等办法
methods_:
- 只蕴含本类间接定义的 direct、virtual 办法和 Miranda 办法
- 个别 vtable_ 蕴含内容会多于 methods_
- sfields_ 动态变量
ifields_ 实例变量
- ClassLinker::LoadClass 阶段分配内存和设置数据
ArtField
class ArtField { GcRoot<mirror::Class> declaring_class_; uint32_t access_flags_ = 0; // 在 dex 中 field_ids 数组中的索引 uint32_t field_dex_idx_ = 0； //成员变量的offset uint32_t offset_ = 0;}一个 ArtField 对象代表类中的一个成员变量。
offset_ 含意：
- 如果是动态成员变量，offset_ 代表变量的存储空间在 Class 对象的内存布局里的起始地位
- 如果是非动态成员变量，offset_ 代表在 Object 对象的内存布局里的起始地位
ArtMethod
ArtMethod 代表一个运行在 Android Runtime 中的 Java 侧的办法，次要构造：
class ArtMethod { protected: GcRoot<mirror::Class> declaring_class_; std::atomic<std::uint32_t> access_flags_; //在 dex file 中的地位 // Offset to the CodeItem. uint32_t dex_code_item_offset_; //在 dex 中 method_id 的 index，通过它获取名称等信息 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_; // 调用一次加一，超过阈值可能会被编译成本地办法 uint16_t hotness_count_; // Fake padding field gets inserted here. // Must be the last fields in the method. struct PtrSizedFields { //办法入口地址 void* entry_point_from_quick_compiled_code_; } ptr_sized_fields_;}这个 entry_point 是在 ClassLinker#LinkCode 时设置的入口，前面执行这个办法时，不论是解释执行还是以本地机器指令执行，都通过 ArtMethod 的 GetEntryPointFromCompiledCode 获取入口点。
缓存
ClassTable
每个 ClassLoader 有一个 class_table_，它的成员次要是一个 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;通过 ClassLinker::InsertClass 插入到 ClassTable 中
ClassLinker::InsertClassTableForClassLoader
- ClassLinker::RegisterClassLoader 创立 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);}调用处：
FindClass 时会调用 LookupClass 查问：
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 保留的是一个 Dex 里解析后的成员变量、办法、类型、字符串信息。
// C++ mirror of java.lang.DexCache.class MANAGED DexCache final : public Object { HeapReference<ClassLoader> class_loader_; // 对应的 dex 文件门路 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_; }什么时候创立和读取呢？
- 在 ART 中每当一个类被加载时，ART 运行时都会查看该类所属的 DEX 文件是否曾经关联有一个 Dex Cache。如果还没有关联，那么就会创立一个 Dex Cache，并且建设好关联关系。
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);结尾
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