一、插件化概述

插件化框架的发展经历了四个阶段：探索阶段、发展阶段、品质阶段、体验阶段。各个阶段有各个阶段需要完成的使命。

插件化框架的发展阶段

探索阶段，完成对诉求的确认；发展阶段，完成功能的开发与交付，完成插件化框架的架构和核心实现的落地。

插件化框架的架构

插件化框架的架构：

API 层：主要是对外提供插件化的能力，允许业务方的封装、调用，实现相关需求；
框架层：主要是框架能力的实现层，包含着插件化框架的核心实现、核心功能；
基础层：主要是将核心实现中较为通用的能力，进行下沉，封装成基础能力，不仅可支持框架内使用，也可以对外赋能。

品质阶段，完成对功能问题的修复，保证功能的前提下，提升品质；体验阶段，完成对体验问题的挖掘和调优，提升用户体验，提升用户粘性。

插件化框架体验阶段遇到的问题

体验阶段遇到的问题：

功能引入的问题：
- 对于插件化框架来说，其功能实现存在对系统原有功能的改造，使用自定义或者Hook的方式来保证其功能，这个期间就会存在对系统一些内在优化的破坏，从而引入性能问题；
- 还存在一些功能，完全照搬了系统的官方实现，但并不一定适用于插件场景，应该跳出固有思维的限制，从外部思维重建流程，完成优化。
业务诉求引入的问题：
- 对于有些业务方，比如TV 端，由于其发版放量都比较麻烦，发版节奏基本上是半年一次，发版一次，周期基本上是一个月。所以业务方对工程做了改造，需要将宿主作为壳工程，然后将大部分的功能都放到插件中，来保证其功能尽可能的动态更新。那么此时这个插件就比较大，且对插件的整个流程的及时性要求就比较高，就存在性能瓶颈问题。
系统引入的问题：
- 这个同其他通用的优化类似，主要就是挖掘并解除系统一些性能限制，让插件各个场景的体验可以得到提升。

通过上述内容，应该对插件化整体有了一定的认识，当前字节内部插件化框架正处于体验阶段，如何挖掘并解决体验问题，将是此阶段的重点。

下面带着疑问和好奇，开始本文后面的探索~

二、性能优化

2.1 Multidex 优化

2.1.1 问题背景

通过线上监控发现，鲜时光App在插件加载期间会出现由于Multidex的执行（IO、反射等），导致的卡顿和ANR的问题。

鲜时光App，主要面向于TV端，其机型分布主要是Android 4居多，对于Android 4 的版本上是需要进行Multidex（主要解决Android 5 以下的版本上，多dex场景下，dex的加载问题）的操作的。

2.1.2 问题分析

Multidex的执行为什么会导致卡顿和ANR的问题？

首先，Multidex的执行，目前是在主线程中，其次Multidex操作都比较重，其操作主要包含两步：

解压&压缩：将Apk中的除主Dex以外的Dex解压出来，再压缩成Zip格式；
反射填充：将除主Dex以外的Dex，进行加载，然后将其加载后的内容，通过反射的方式，填充到原ClassLoader中。

这样看Multidex导致卡顿和ANR 的问题好像理由挺充分的…

那不执行Multidex是否可行呢？

不行，原因在背景中也提到了，机型分布上，Android 4 的占比比较大，不能直接去掉。

那是否可以不在主线程中触发呢？

通过看目前框架的实现是不行的，原因在于，插件环境同宿主环境类似，插件同宿主中处理Multidex的逻辑也一致，就是在插件的Application#onCreate（其流程包含在插件加载中，且插件化框架保证其在主线程中执行）中触发Multidex的行为。

但仔细想一下，宿主环境中处理Multidex必须在Application#onCreate中触发是有原因的，是因为宿主要保证尽可能早的完成除主Dex以外，其他Dex的加载，来保证宿主中使用这些非主Dex的时候，也是OK的，这个是宿主中较早的时机。但是对于插件来说并不是，插件的流程中，插件加载是最后一步，前面还有下载、安装等行为，也就是说在插件加载之前，Multidex的解压&压缩操作能够执行完成，然后插件加载的时候可以直接使用压缩后的Dex路径，即可满足要求。

所以不在主线程中触发，是可行的！

而且在分析问题期间，通过阅读插件化框架源码发现，原本在插件加载期间触发的Multidex同宿主一样并没有版本的概念，但是插件有版本的概念，就会导致为确保插件每次都能加载到正确版本下的内容，在插件每次加载的时候，都需要先进行清理旧的Multidex产物（IO），然后再重新执行Multidex(IO、反射)，这个地方的操作明显是冗余的且没有必要的。

2.1.3 问题解决

目前看优化的思路也很清晰，主要是两点：1. 更改Multidex的执行时机，确保不在主线程中执行; 2. 对Multidex的产物区分版本，确保同一版本不重复触发执行。

通过修改插件化框架的源码，将Multidex的解压&压缩操作的执行时机，修改为插件安装时（子线程中触发），且根据版本，将Multidex产物放置到不同的路径下，这样插件加载时，只需获取重新压缩后的Dex路径，无需反射，无需重复执行即可（无反射、无IO）。

2.1.4 优化效果

鲜时光上相关卡顿和ANR降低，App的整体使用时长和留存增加。

2.2 Dex2Oat & DexOpt 优化

对于Dex2Oat、DexOpt 来说，它们是系统在运行时使用编译的方式来优化运行效果的手段。简单说就是将需要解释执行的指令，编译为机器码，从而加快运行时的速度，提升性能。

比较容易想到的肯定是，尽可能的将代码编译为机器码，来提升运行速度，从而往往忽略一个问题，就是Dex2Oat、DexOpt 编译的耗时是很严重的，如果不能好好使用，反而可能会给性能带来负向。

下面将从两个方面来说一下Dex2Oat、DexOpt~

2.2.1 编译优化（10+编译优化）

2.2.1.1 问题背景

插件相较于宿主而言，也同样会进行Dex2Oat、DexOpt 用于优化，插件上的操作是通过拼接Dex2Oat的命令进行触发的。

但是通过观察，当应用targetSdkVersion>=29 且 Android 10+的时候，插件没有相关的编译产物（odex等），其原因是系统在targetSdkVersion=29的时候，对此做了限制，不允许应用进程上触发dex2oat编译（Android 运行时 (ART) 不再从应用进程调用 dex2oat。这项变更意味着 ART 将仅接受系统生成的 OAT 文件）（OAT为dex2oat后的产物）

https://developer.android.com/about/versions/10/behavior-changes-10?hl=zh-cn#system-only-oat

2.2.1.2 问题分析

下面开始探索，限制究竟是什么？

通过对比Android 9 和 Android 10 上的相关代码，以及手动触发dex2oat命令时候的错误日志，可以得知：

限制1：Android 10+系统删除了在构建ClassLoader时触发dex2oat的相关代码，来限制从应用进程触发dex2oat的入口。
限制2：Android 10+系统的相关SELinux规则变更，限制targetSdkVersion>=29的时候从应用进程触发dex2oat。

既然知道限制是什么以及如何生效的，那是否可以绕过呢？

通过上面对限制的了解，可以先大胆的假设绕过的方式：

targetSdkVersion设置小于29；
伪装应用进程为系统进程；
关闭Android系统的SELinux检测；
修改规则移除限制；

下面开始小心求证，上述假设是否可行？

对于假设1来说，如果全局设置targetSdkVersion小于29的话，则会影响App后续在应用商店的上架，如果局部设置targetSdkVersion小于29的话，不仅难以修改且时机难以把握，dex2oat是单独的进程进行编译操作的，不同的进程对其进行触发编译的时候，会将进程的targetSdkVersion信息作为参数传给它，用于它内部逻辑的判断，而进程信息是存在于系统进程的。

对于假设2来说，目前还没相关的已知操作可以做到类似效果…

对于假设3来说，Android系统确实也提供了关闭SELinux检测的方法，但是需要Root权限。

对于假设4来说，如果全局修改规则，需要重新编译系统，才可以生效，如果局部修改规则（内存中修改），此处所需的权限也比较高，也无权操作。

所以，从目前来看，绕过基本不可行了…

或许谜底就在谜面上，既然Android系统限制只能使用系统生成的，那我们就用系统生成的？

只需要让系统可以感知到我们的操作，可以根据我们提供的操作去生成，可以由我们去控制生成的时机以及效果，这样不如同在应用进程触发dex2oat有一样的效果了嘛？

那如何操作呢？

系统是否提供了可以供应用进程触发系统行为，然后由系统触发dex2oat的方式？

通过查阅Android的官方文档以及相关代码发现可以通过如下方式进行操作（强制编译）：

基于配置文件编译：adb shell cmd package compile -m speed-profile -f my-package
全面编译：adb shell cmd package compile -m speed -f my-package

强制编译:https://source.android.com/devices/tech/dalvik/jit-compiler#force-compilation-of-a-specific-package

上述命令不仅支持选择编译模式(speed-profile or speed)，而且还可以选择特定的App进行操作（my-package）。

通过运行上述命令发现确实可以在targetSdkVersion>=29且Android 10+的系统上编译出对应的dex2oat产物，且可以正常加载使用！

但是上述命令仅支持宿主Apk并不支持插件Apk，感觉它的功能还远不止于此，还可以继续挖掘一下这个命令的潜力，下面看下这个命令的实现。

分析之前需要先确定命令对应的代码实现，这里使用了个小技巧，通过故意输错命令，发现最终崩溃的位置在PackageManagerShellCommand，然后通过debug源码，梳理了一下完整的代码调用流程，细节如下：

下图为宿主Apk的编译流程：

在梳理宿主Apk的编译流程的时候，发现代码中也有处理插件Apk的方法，下面梳理流程如下：

然后根据其代码，梳理其编译命令为：adb shell cmd package compile -m speed -f --secondary-dex my-package

至此，我们已经得到了一种可以借助命令使系统触发dex2oat编译的方式，且可以支持宿主Apk和插件Apk（secondary-dex）。

还有一些细节需要注意，宿主Apk的命令传入的是App的包名，插件Apk的命令传入的也是App的包名，那哪些插件Apk会参与编译呢？

这就涉及到插件Apk的注册了，只有注册了的插件Apk才会参与编译。

下面是插件Apk注册的流程：

对于插件Apk来说只注册不反注册也不行，因为对于插件Apk来说，每次编译仅想编译新增的或者未被编译过的，对于已经编译过的，是不想其仍参与编译，所以这些已经编译过的，就需要进行反注册。

下面是插件Apk反注册的流程：

而且通过查看源码发现，触发此处的方式其实有两种：

方式一：使用adb shell cmd package + 命令。例如adb shell cmd package compile -m quicken com.bytedance.demo ，其底层通过socket+binder完成通信，最终交由PackageManager的Binder处理。
方式二：使用PackageManager的Binder，并设定code=SHELL_COMMAND_TRANSACTION，然后将命令以数组的形式封装到data内即可。

对于方式一来说，依赖adb的实现，底层通信需要依赖socket + binder，而对于方式二来说，底层通信直接使用binder，相比来说更高效，所以最终选择第二种方式。

📌小结：

在得知限制无法被绕过后，就想到是否可以使得应用进程可以触发系统行为，然后由系统触发dex2oat，然后通过查阅官方文档找到对应的adb命令可以满足诉求，不过此时仅看到宿主Apk的相关实现，然后继续通过查看代码验证其流程，找到插件Apk（secondary-dex）的相关实现，然后根据实际场景的需要，又继续查看代码，找到注册插件Apk和反注册插件Apk的方法，然后通过对比adb命令的实现和binder的实现差异，最终选用binder的实现方式，来完成上述操作。

2.2.1.3 问题解决

通过在问题分析中，从限制到实现，基本都探索清晰了，解决的方式就是将上述查到的代码转化为解决问题的代码即可。

操作

示例代码如下：

//执行快速编译
@Override
public void dexOptQuicken(String pluginPackageName, int version) {
    //step1：如果没有初始化则初始化
    maybeInit();
    //step2:将apk路径进行注册到PMS
    registerDexModule(pluginPackageName, version);
    //step3:使用binder触发快速编译
    dexOpt(COMPILE_FILTER_QUICKEN, pluginPackageName, version);
    //step4:将apk路径反注册到PMS
    unregisterDexModule(pluginPackageName, version);
}

//执行全量编译
@Override
public void dexOptSpeed(String pluginPackageName, int version) {
    //step1：如果没有初始化则初始化
    maybeInit();
    //step2:将apk路径进行注册到PMS
    registerDexModule(pluginPackageName, version);
    //step3:使用binder触发全量编译
    dexOpt(COMPILE_FILTER_SPEED, pluginPackageName, version);
    //step4:将apk路径反注册到PMS
    unregisterDexModule(pluginPackageName, version);
}

实现

 /** * Try To Init (Build Base env) */ private void maybeInit() {
    if (mContext == null || mPmBinder != null) {
        return;
    }

    PackageManager packageManager = mContext.getPackageManager();

    Field mPmField = safeGetField(packageManager, "mPM");
    if (mPmField == null) {
        return;
    }

    mPmObj = safeGetValue(mPmField, packageManager);
    if (!(mPmObj instanceof IInterface)) {
        return;
    }

    IInterface mPmInterface = (IInterface) mPmObj;
    IBinder binder = mPmInterface.asBinder();
    if (binder != null) {
        mPmBinder = binder;
    }
}

/** * DexOpt (Add Retry Function) */ private void dexOpt(String compileFilter, String pluginPackageName, int version) {
    String tempFilePath = PluginDirHelper.getTempSourceFile(pluginPackageName, version);
    String tempCacheDirPath = PluginDirHelper.getTempDalvikCacheDir(pluginPackageName, version);
    String tempOatDexFilePath = tempCacheDirPath + File.separator + PluginDirHelper.getOatFileName(tempFilePath);
    File tempOatDexFile = new File(tempOatDexFilePath);

    for (int retry = 1; retry <= MAX_RETRY_COUNT; retry++) {
        execCmd(buildDexOptArgs(compileFilter), null);
        if (tempOatDexFile.exists()) {
            break;
        }
    }
}

/** * Register DexModule(dex path) To PMS */ private void registerDexModule(String pluginPackageName, int version) {
    if (pluginPackageName == null || mContext == null) {
        return;
    }

    String originFilePath = PluginDirHelper.getSourceFile(pluginPackageName, version);
    String tempFilePath = PluginDirHelper.getTempSourceFile(pluginPackageName, version);
    safeCopyFile(originFilePath, tempFilePath);

    String loadingPackageName = mContext.getPackageName();
    String loaderIsa = getCurrentInstructionSet();
    notifyDexLoad(loadingPackageName, tempFilePath, loaderIsa);
}

/** * Register DexModule(dex path) To PMS By Binder */ private void notifyDexLoad(String loadingPackageName, String dexPath, String loaderIsa) {
    if (Build.VERSION.SDK_INT >= Build.VERSION_CODES.R) {
        //deal android 11\12
        realNotifyDexLoadForR(loadingPackageName, dexPath, loaderIsa);
    } else {
        //deal android 10
        realNotifyDexLoad(loadingPackageName, dexPath, loaderIsa);
    }
}

/** * Register DexModule(dex path) To PMS By Binder for R+ */ private void realNotifyDexLoadForR(String loadingPackageName, String dexPath, String loaderIsa) {
    if (mPmObj == null || loadingPackageName == null || dexPath == null || loaderIsa == null) {
        return;
    }
    Map<String, String> maps = Collections.singletonMap(dexPath, "PCL[]");
    safeInvokeMethod(mPmObj, "notifyDexLoad",
            new Object[]{loadingPackageName, maps, loaderIsa},
            new Class[]{String.class, Map.class, String.class});
}

/** * Register DexModule(dex path) To PMS By Binder for Q */ private void realNotifyDexLoad(String loadingPackageName, String dexPath, String loaderIsa) {
    if (mPmObj == null || loadingPackageName == null || dexPath == null || loaderIsa == null) {
        return;
    }
    List<String> classLoadersNames = Collections.singletonList("dalvik.system.DexClassLoader");
    List<String> classPaths = Collections.singletonList(dexPath);
    safeInvokeMethod(mPmObj, "notifyDexLoad",
            new Object[]{loadingPackageName, classLoadersNames, classPaths, loaderIsa},
            new Class[]{String.class, List.class, List.class, String.class});
}

/** * UnRegister DexModule(dex path) To PMS */ private void unregisterDexModule(String pluginPackageName, int version) {
    if (pluginPackageName == null || mContext == null) {
        return;
    }

    String originDir = PluginDirHelper.getSourceDir(pluginPackageName, version);
    String tempDir = PluginDirHelper.getTempSourceDir(pluginPackageName, version);
    safeCopyDir(tempDir, originDir);

    String tempFilePath = PluginDirHelper.getTempSourceFile(pluginPackageName, version);
    safeDelFile(tempFilePath);

    reconcileSecondaryDexFiles();
}

/** * Real UnRegister DexModule(dex path) To PMS (By Binder) */ private void reconcileSecondaryDexFiles() {
    execCmd(buildReconcileSecondaryDexFilesArgs(), null);
}

/** * Process CMD (By Binder)（Have system permissions） */ private void execCmd(String[] args, Callback callback) {
    Parcel data = Parcel.obtain();
    Parcel reply = Parcel.obtain();
    data.writeFileDescriptor(FileDescriptor.in);
    data.writeFileDescriptor(FileDescriptor.out);
    data.writeFileDescriptor(FileDescriptor.err);
    data.writeStringArray(args);
    data.writeStrongBinder(null);

    ResultReceiver resultReceiver = new ResultReceiverCallbackWrapper(callback);
    resultReceiver.writeToParcel(data, 0);

    try {
        mPmBinder.transact(SHELL_COMMAND_TRANSACTION, data, reply, 0);
        reply.readException();
    } catch (Throwable e) {
        //Report info
    } finally {
        data.recycle();
        reply.recycle();
    }
}

/** * Build dexOpt args * *  @param  compileFilter compile filter *  @return  cmd args */ private String[] buildDexOptArgs(String compileFilter) {
    return buildArgs("compile", "-m", compileFilter, "-f", "--secondary-dex",
            mContext == null ? "" : mContext.getPackageName());
}

/** * Build ReconcileSecondaryDexFiles Args * *  @return  cmd args */ private String[] buildReconcileSecondaryDexFilesArgs() {
    return buildArgs("reconcile-secondary-dex-files", mContext == null ? "" : mContext.getPackageName());
}

/** * Get the InstructionSet through reflection */ private String getCurrentInstructionSet() {
    String currentInstructionSet;
    try {
        Class vmRuntimeClazz = Class.forName("dalvik.system.VMRuntime");
        currentInstructionSet = (String) MethodUtils.invokeStaticMethod(vmRuntimeClazz,
                "getCurrentInstructionSet");
    } catch (Throwable e) {
        currentInstructionSet = "arm64";
    }
    return currentInstructionSet;
}

2.2.2 不编译优化（4~9 不编译优化）

2.2.2.1 问题背景

通过线上监控发现，鲜时光App在App启动期间较早的时机就开始加载插件，而加载需要等待插件安装完成，安装期间存在编译行为，其耗时比较长，从而导致整个的耗时也会较长，从而导致出现的ANR比较多，非常影响用户的使用体验，导致了比较多的用户流失，尤其是对新用户的影响较大。

2.2.2.2 问题分析

通过问题背景可以基本了解到，主要是Dex2Oat、DexOpt的编译影响到了用户的使用体验，如何能在没有编译产物的时候，跳过编译，让用户直接使用，有产物的时候，无需编译，也是让用户直接使用即可解决上述问题。

Android 4.x

在查阅相关文档的时候，发现抖音之前针对Multidex做过优化(BoostMultidex)，其中有一项操作，是以读取Dex的byte数组进行加载Dex的操作，而此操作通过查阅源码发现并不会触发DexOpt，从而可以用于跳过DexOpt编译的方案。

BoostMultidex：https://github.com/bytedance/BoostMultiDex/blob/master/boost_multidex/src/main/cpp/boost_multidex.cpp

Android 5~7

对于Android 5~7 的版本上来说，有三种方案可以选择：

通过Native Hook的方式，关闭dex2oat的开关，从而绕过产物生成；
通过类似OatMeal的方式，生成Fake的产物（基于原Dex生成的编译产物，符合编译产物的格式，不会进行真正的编译），从而绕过产物的生成；
通过提供不可用的编译产物路径，从而绕过产物生成；（当编译路径不可用时，编译会失败，且会走到fallback逻辑，从而加载原dex，保证功能可用）

下面分别分析下三种方案：

方案1：一方面，它关闭dex2oat的开关后，影响范围较大，不仅影响插件相关的产物编译，也会影响宿主的，相对来说更不可控（范围、影响等不可控）；另一方面，Native Hook 对版本兼容要求较高，兼容成本和效果需要一定的时间来验证（时间、成本、效果等不可控）。
方案2：一方面OatMeal不支持64位产物的生成；另一方面OatMeal是按照Odex、Vdex 产物的格式进行生成的，如果某些Rom调整了相关的结构，就可能存在不兼容，兼容成本较高，范围可控（仅影响插件）。
方案3：通过提供不可用的编译产物路径，编译会立即失败，从而使得虚拟机走fallback流程，加载原dex文件，即保证了绕过dex2oat的编译，也无需Hook，也无需做兼容处理，且范围可控，可谓成本低，收益大。

通过比对方案，最终选择方案3，用于Android 5~7 上跳过dex2oat的编译方案（后续看诉求，可以将方案2进一步的完善，方案2的理论性能要更优于方案3）。

Android 8~9

对于Android 8.x 上新增的InMemoryClassLoader就是专门用于在内存中加载dex的方式，不会触发dex2oat的编译，可以用于Android 8~9 上跳过dex2oat的编译方案。

由于插件有自己自定义的ClassLoader，并不是继承于InMemoryClassLoader，需要一定的改造成本，在改造之前，可以先了解下其实现原理。

原理：Java 层中的DexFile ，将Dex读取为ByteBuffer的形式作为入参，然后再在Native层中将ByteBuffer的数据复制到MemMap中，然后Native层中的DexFile 接收 MemMap 作为入参，持有MemMap的首地址和大小，用于后续使用的时候的内容读取。通过阅读源码发现官方的InMemoryClassLoader的流程存在优化的点：

官方流程比较冗余，Dex的数据辗转传递多次（Zip->ByteBuffer->MemMap）；通过阅读源码发现，Native中存在对应的方法符号，可以将Zip中的Dex直接提取到MemMap，并通过MemMap创建对应的Native层中的DexFile(对应Java层中DexFile#mCookie，一个Java层DexFile 可以对应多个Native层中的DexFile，所以Java层中DexFile#mCookie是个数组。)
官方流程中Java层DexFile 同 Native 层DexFile 一一对应关系；前面也提到了Java层中DexFile#mCookie是个数组，可以存多个Native层DexFile，所以可以将创建出的多个Native层DexFile ，进行合并，这样可以减少类查找时的JNI切换，提升类查找速度。

2.2.2.3 问题解决

通过问题分析，对解决方案也就基本很清晰了，下面说明下不同版本上的处理：

Android 4.x ：对dex的读取和加载，其原理就是前面提到的，读取dex的内容为byte数组，然后使用byte数组进行加载dex，从而跳过Android 4.x 上的DexOpt;
Android 5-7 : 在创建ClassLoader的时候，传入不可用的编译产物路径，从而导致编译失败，走虚拟机的fallback 流程，从而跳过Android 5~7 上的Dex2Oat;
Android 8-9：对dex的读取和加载，其原理就是前面提到的，直接通过符号，将Apk中的dex提取到MemMap，并将每个dex生成对应的Native层DexFile，然后合并到一个Java层DexFile#mCookie数组中，从而跳过Android 8-9 上的Dex2Oat;

2.3 类加载优化

2.3.1 问题背景

对于插件化框架来说，为保证宿主、插件间的类能互通，需要对ClassLoader 的链路做改造。字节插件化框架上，是通过修改当前ClassLoader 的Parent 为PluginClassLoader ，从而完成类查找的分发，来确保宿主和插件之间，插件和插件之间的类查找可以互通。

通过线上数据观察，由于Plugin框架的这个改造，导致无法使用Native层类查找链路，从而导致App的整体性能都有一定劣化。

2.3.2 问题分析

在分析之前需要先了解一些前置的信息。

前提：ClassLoader B 的Parent ClassLoader 是 ClassLoader A。

Java 层的类查找链路 A1 (纯Java环境)：

可以发现，当从ClassLoader B 开始进行类查找的时候，会先使用ClassLoader B 的findLoadedClass查找，确保B中是否可以命中已加载的Class，如果命中则停止查找，反之则继续查找其Parent ClassLoader ClassLoader A ，如果此时命中则停止查找，反之则触发ClassLoader A 中的findClass 方法，如果命中则停止查找，反之则会触发ClassLoader B 的findClass 方法进行查找，这就是一套符合双亲委派机制的类查找流程。

Java层的类查找链路 A2 (Java环境+Native 环境)

这个是比较完整的Java层的类查找链路，此处为了方便理解先暂时屏蔽掉Native层类查找链路的入口。

可以看到，Java环境中的FindLoadedClass 其实就是对应Native 环境中的ClassLinker#LookupClass的逻辑，Java 环境中的FindClass 就是对应Native环境中的ClassLinker#DefineClass（会遍历对应ClassLoader的DexFile，遍历调用ClassLinker#DefineClass这个方法）的逻辑。

Native层的类查找链路 B1 (Native环境)

以Android 10 代码为例

可以看到，Native 层链路和Java层链路基本上保持一致，也是双亲委派机制，Native层链路的实现主要集中在ClassLinker#FindClassInBaseDexClassLoader这个方法中，也就是说，Native层中基本保留了一套同Java层类查找链路一致的查找方案。

Java层 + Native层的类查找链路 C1 (Java 环境 + Native 环境)

通过上图，可以看到，Java层是如何同Native层的类查找链路关联起来的。

在Java层中触发ClassLoader#findLoadedClass的时候，会先通过JNI调用ClassLinker#LookupClass方法，此时还是Java层的类查找链路，但是此处不一样的地方就是，当ClassLinker#LookupClass未命中对应的类且满足Native链路的查找条件的时候，则会触发ClassLinker#FindClassInBaseDexClassLoader方法，开始Native层的类查找链路（参考B1）。

还有一种Java层类查找链路会切换到Native层类查找链路，就是当Java环境中触发findClass的时候，当前类可以正常加载的时候，会判断其父类、父接口是否已经加载，此时会触发ClassLinker#resolvedClass方法，最终会调用到ClassLinker#FindClassInBaseDexClassLoader方法，开始Native层的类查找链路（参考B1）

如果这种情况下不满足Native层类查找链路的话，Native环境通过反射调用ClassForName方法切到Java层类查找链路（参考A2），如果满足Native层类查找链路的条件的话，则会继续使用Native层类查找链路。

📌小结：

对于不满足Native层类查找链路条件的，则仅会在Java层类查找链路中进行类的查找，即使进入Native环境，也会通过ClassForName的方式重新切回Java层类查找链路中或者通过找不到类的方式切回Java层类查找链路中。
对于满足Native层类查找链路条件的，会在Java层类查找链路中触发ClassLoader#findLoadedClass进入Native 环境，并进入Native层类查找链路，完成类的查找；会在Java层类查找链路触发ClassLoader#findClass进入Native 环境，并进入Native层类查找链路，完成类的查找。

通过前面的描述应该对Java层类查找链路和Native层类查找链路有了大致的认识，目前的关键点其实就是Native层类查找链路条件是什么？以及如何才能满足其条件？

ClassLinker#FindClassInBaseDexClassLoader判断&查找流程如下：

可以看到其关键的判断就是，是否是系统官方的ClassLoader，这个判断是判断ClassLoader的类否是官方的ClassLoader，继承关系也不允许，主要是系统可能觉得非系统官方的ClassLoader其类查找链路是不可控的，所以不允许使用，这个也就是为什么增加了PluginClassLoader 就会打断其Native层类查找链路。

现在由于PluginClassLoader的加入，导致原本类的查找可以在一次JNI调用中完成，而现在Native链路不允许使用，则只能使用Java层类查找链路，就会导致类的查找会存在额外的多次JNI的调用切换（Java层查找失败则会尝试使用Native层查找，如果此时能找到，则查找结束，仅一次JNI调用，反之则失败，会返回Java层继续后续的流程，此时就会增加JNI调用），从而导致耗时增加。

2.3.3 问题解决

那如何解决呢？

其实目前看，主要的关键点就在于Native层链路中的判断，导致目前引入PluginClassLoader后无法通过校验，从而导致无法使用Native层类查找链路。

简单的想法，肯定是将Native层链路中的判断进行绕过，但是发现，其判断都是内联的，修改起来比较麻烦（可能会影响稳定性）。

那如果自定义Native层的类查找链路呢？这样判断与否，就由自己确定即可，而且原有的Native层类查找链路，对于插件场景并不支持，而自定义Native层的类查找链路，就可以根据现有的场景，进行支持，覆盖可以更广，可以减少更多的JNI调用，而且原本的Native层的类查找链路，还缺少类似findLoadedClass的逻辑，这个也可以在自定义Native层的类查找链路中补全。

如何自定义Native层的类查找链路呢？

目前看Native层的类查找链路的实现主要集中在ClassLinker#FindClassInBaseDexClassLoader 方法中，简单的说，也就是将其实现进行替换即可达到预期的目的。

如何替换呢？

这就需要分析ClassLinker#FindClassInBaseDexClassLoader方法的入口都在哪里，然后通过BL Hook，将预期跳转到ClassLinker#FindClassInBaseDexClassLoader方法，跳转到代理方法内即可。

上面在分析Java层和Native层类查找链路的时候，已经找到两处入口，还有一些其他的入口，比如VerifyClass 的时候，查找相关的类的时候，其入口。最后通过查阅源码发现，入口可以归纳为两处：

ClassLinker#findClass
VMClassLoader_findLoadedClass (ClassLoader#findLoadedClassJNI方法对应的Native方法)

也就是说，通过去找到上述两处方法中对ClassLinker#FindClassInBaseDexClassLoader的调用，然后进行替换即可。

需要注意的就是，对于Android 10 来说，其实现是比较完整的逻辑，而低版本上的逻辑实现存在遗漏，需要对其进行流程和功能上的补齐。

三、总结

需要通过不断的熟读系统的代码和写的老代码，不断的挖掘瓶颈问题，见微知著，保持好奇，勇于尝试。

四、团队介绍

AppHealth是Client Infrastructure下的一个端技术专家团队，专注于App性能、稳定性、构建等方向。旨在通过对操作系统内核、虚拟机、工具链、编译器方向的深度优化和建设包括稳定性、流畅性、电量在内全链路的监控体系和调试工具，为各个业务线提供行业领先的终端体验优化能力，助力公司业务的高效、高质发展。

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