Class 和 Dex 文件深入理解 | JAVA_Android
Class 和 Dex 文件深入理解 | JAVA_Android
本文正在参加「Java主题月 - Java 开发实战」，详情查看 活动链接
class 文件结构深入解析
什么是 class 文件
能够被 JVM 识别，加载并执行的文件格式，他就类似于 mp3 的格式，只能运用于特定的地方，如 mp3 只能被播放，而 class 文件则是需要被 JVM 进行加载。
并不是只有 java 语言才能生成 class 文件，当然还有其他的一下语言:
如何生成一个 class文件
通过 ide 自动生成 class 文件，通过 run 来执行 calss 文件
通过 javac 生成 class 文件 ，通过 java 命令去执行 class 文件
class 文件的作用
记录一个类文件中的所有信息，记住是所有的信息，包括类名称，方法，变量等，class 中记录的信息远远多于java源代码中的信息。例如：我们并没有在类中定义 this、super 这样的关键字，但是我们可以使用，这是因为 java 虚拟机在生成 class 文件时已经帮我们记录在里面了。
class 文件结构
一种8位字节的二进制文件
各个数据按顺序紧密的排列，没有间隙，不想有些文件，为了读取方便，则不会让数据紧密排列。而 class 文件这样的好处就是 体积小。
每个类或者接口都单独占据一个 class 文件
class 的文件格式采用的是类似结构体的结构来存储数据，这种结构只有两种数据类型：无符号竖和表，其中无符号数属于基本的数据类型，u1，u2，u4，u8 来分别代表 一个字节 ，2,4,8个字节。无符号数可以用阿里描述数字，索引引用，数量值或者 utf-8构成的字符串值，而表是由多个无符号数或其他表构成的复合数据结构，所有的表都以 _info 结尾，表用于描述有层次关系的复合结构数据类型，其实整个 class 文件就是一张表。（但是我觉得更像结构体）
下面看一下具体的结构
类型 | 名称 | 数量 | 作用 |
|---|---|---|---|
u4(无符号四字节) | magic | 1 | 加密段，当前calss 文件是否被串改过 |
u2 | minor_version | 1 | 最小可以被那个版本的 jdk所加载 |
u2 | major_version | 1 | 当前calss是别那个版本生成的 |
u2 | constant_pool_count | 1 | 常量池的数量，通常只有一个 |
cp_info | constant_pool | constant_poll_count - 1 | 真正的常量池，它内部包含了很多内容，下面有详细解释 |
u2 | access_flags | 1 | 作用域标志，例如这个 class 文件是 public 还是 public final 类型的 等等。下面会放一张图 |
u2 | this_class | 1 | this，jvm 在生成 class 的时候帮我们补充了这个字段，这就是为什么我们没有定义它却能够使用他了 |
u2 | super_class | 1 | 和上面的 this 一样 |
u2 | interfaces_count | 1 | 数量 |
u2 | interfaces | interfaces_count | 这两个表示当前类实现了多少个接口，注意：只算直接的，间接的不算，如不会计算父类实现的接口。 |
u2 | fields_count | 1 | 数量 |
field_info | fields | fields_count | 当前class中的所有成员变量，他里面还包含了其他的信息，如 类型，所属的类等 |
u2 | medthods_count | 1 | 数量 |
medthod_info | methods | methods_sount | 记录了class 中所有的方法，包含了其他信息。 |
u2 | attribute_count | 1 | 数量 |
attribute_info | attributes | attributes_count | 记录类属性相关的，上面没有包含的都会在这里面，如注解等。 |
我们看一下这个表格，class 文件中定义了很多字段，这些字段又包含了非常多的内容。通过这些字段，jvm 就可以找到我们类中所有的内容
access_flags ：作用域
这个图清楚地表示了 access_flags 字段的作用域。
constant_pool：常量池，下面是几种常用的类型
CONSTANT_Integer_info
CONSTANT_Long_info
CONSTANT_String_info
// 下面这几个里面存储的并不是真的内容，而是索引，这些索引最终指向的就是上面这几种类型，所以我们所有的信息都是存在常量池中的。
CONSTANT_Class_info //类信息，例如名字等，引用到类的一些信息等
CONSTANT_Fieldref_info //类中变量信息
CONSTANT_Methodref_info //类中方法信息
我们可以通过工具来查看一下 class 文件内容，工具名字为 010 Editor。
struct cp_info_constant_pool[0] 中的 u2，代表的是无符号数，u2 代表访问标志，如 u2 class_index 指向的就是这个方法所属的类。相当于索引吧，
注意看 u1 tag：
在常量池中有14种类型，这个常量都是一个表，每一个表都有各自组成的机构，这写常量都有一个特点，每个常量的开始都是一个用 u1 类型的无符号数表示的标志位，如下表所示：
常量池中第一个 struct cp_info constant_poll[0] ，他的后面是 Methodref ，标志是 10 ，我们和上面的表对比一下，找到第 10 个，也是 Methodref ，通过这个表，我们可以查看 u1 tag 到底表示的是那种类型。
如上面的 fields_count 为1，下面就有一个 struct field_info 的表，里面保存了字段的信息，methods_count 为 2，下面就有 methods[0] 和 methods[1]表，来表示这两个方法。这也就对应了上面的表
class 文件弊端
内存占用大，不适合移动端
堆栈的加载模式，加载速度慢
文件 IO 操作多，类查找慢 。每次加载类的时候都要去寻找和加载
dex文件结构深入解析
什么是 dex 文件
能够被 DVM 所识别，加载并执行的文件格式，dex 文件可以 用 c 和c++ 进行生成
如何生成一个 dex 文件
通过 IDE 自动帮我们 build 生成
手动通过 dx 命令生成 dex 文件
dex 文件的作用
记录整个工程中所有类文件的信息，是整个工程(class 则是记录当前类的信息)
dex 文件结构
一种 8 位字节的二进制流文件
各个数据按顺序紧密的排列，无间隙
整个应用中所有的 java 源文件都放在一个dex中，这里不考虑 multidex
dex 文件头
- magic ：一般称为魔数，他可以判断当前的 dex 文件是否有效，可以看到他的 大小就是 9 h，也就是他用了 8个1字节的无符号数表示。
- checksum ： dex 文件的校验和，通过它可以判断 dex 文件是否被损坏
- signature[] ： 用于校验 dex 文件，其实就是把整个 dex 文件用 SHA-1 签名得到的一个值，
- file_size ： 表示真个文件的大小，占用了4个字节
- header_size ： 表示 dex 头部分的大小，占用4字节
- endian_tga ：字节序标记，用于指定 dex 运行环境的 cpu，预设值为0x123456789
- link_size 和 link_off ：分别指定了链接段的大小和文件的偏移，通常都为0
- map_off ：指定了 DexMapList 的文件偏移
- string_ids_size 和 string_ids_offf：这两个字段表示了 dex 文件中所有用到的字符串的个数和位置偏移。通过转换 size 为16，偏移为112。
下面我们可以看一下 string_ids_size 的16进制和off 的16进制，分别为10 00 00 00 和 70 00 00 00，前者转换10进制后为 16，说明 size 有 16 个字符串，off 则代表偏移 70h ， 最后一个空字符“0”表示的是结尾 。然后我们找到70h 看一下
下面我们看一下70h
从70 开始，到 AOh 结束，所选中的都是 字符串的偏移量，通过这些偏移量我们才能找字符串，看一下上面第二个框，是 字符串的索引，可以看到他也是从70h 开始，大小是40h，也就是到A0h。在这段区域内保存的才是真正的字符串索引。我们可以看一下70h 第一个 92 01 00 00 ，他代表的偏移地址就是 0192h，接着我们找一下 0192h
可以看到我一共选中了 8个字节，在这8个字节中我们可以用到的有6个，最开始的 06 则表示我们用到的个数，最后的 0 表示的是字符串结尾，下面我们把他们进行转换一下：
十六进制 | 3C | 69 | 6E | 69 | 74 | 3E |
|---|---|---|---|---|---|---|
十进制 | 60 | 105 | 110 | 105 | 116 | 62 |
ASCII | < | i | n | i | t | > |
通过上面这种方式我们就可以找到字符串的16进制，并转换为对应的字符串。
其他的都一样，我们也没有必要像上面遮这样找，其实我们可以直接在索引区找到对应的值。例如上面这个例子：
这里的数据是从 163开始的，是因为他并没有及时前面的 06 ，这个06至少代表后面要用到 6 个而已。
从 9 往下基本都是这个样子的。通过上面这种方法就可以查到具体的位置。
索引区
类型索引：
如 Hellow 类索引，Object 索引，String 索引的。这些都是我们所引用到的。
方法原型索引 ：
字段索引：
方法索引：
如上面的 main 方法 ，printStream 打印方法等。。他会记录当前类所引用的方法索引和继承的方法索引
类索引：
整个dex 文件中所有类索引
map 列表：
他是对整个头文件的一个校验
数据区
每个索引对应的值就是数据了。
最后看一下整个 dex 未必会的格式
Class 和 Dex 的区别
每个 class 文件是一个表。这个文件只记录了当前java的信息。
dex 将文件划分为了 三个区域，这三个区域存储了整个工程中所有的java 文件的信息，所以 dex 在类越来越多的时候优势就提现出来了。他只要一个dex文件，很多区域都是可以进行复用的，减少了dex 文件的大小。
本质上他们是一样的，dex 是从 class 文件演变而来的，但是 calss 中存在了许多沉余信息，dex 去掉了沉余信息，并进行了整合
如果本文有帮助到你的地方，不胜荣幸，如有文章中有错误和疑问，欢迎大家提出!