MultiDex中出现的main dex capacity exceeded解决之道中我们知道main dex的class可以由maindexlist.txt指定,Android MultiDex机制杂谈中我们分析了google MultiDex机制中Secondary dex的install过程,那么,我们的app在android gradle build过程中,.dex文件是怎么创建的呢? 再者,Secondary dex中的class是按什么顺序分配到不同dex中的呢?
为了解答上面的两个问题,本文将进一步分析android build system源码。
android build system是google提供的一组用来构建、运行、测试和打包我们app的工具集,包含了aapt
、aidl
、javac
、dex
、apkbuilder
、Jarsigner
、zipalign
等工具。在我们构建app时,build进程会去按一定顺序调用上述工具来生成相应文件,而最终的输出将会是一个完整的可安装的.apk文件,构建流程如下:
构建系统先从product flavors, build types和dependencies中合并资源,如果不同目录下有重名资源,将按以下优先级进行覆盖:
dependencies > build types > product flavors > main source directory
|
本文重点对第4步
中.class经过dex到.dex过程源码进行分析。
为了更好地分析.dex的产生过程,本文设定情景如下:
构建工具为gradle,采用android plugin
'com.android.application'
,method数超过65535,需要进行multidex,并且指定了multiDexEnabled = true
。
在shell终端cd到project根目录,输入:
gradle assemble
|
gradle进程会启动,在dex之前,进程控制流将进入VariantManager. createTasksForVariantData。添加完assemble task依赖后,会去调用taskManager.createTasksForVariantData(tasks, variantData)。由于android plugin为’com.android.application’,这里的taskManager是ApplicationTaskManager。
com/android/build/gradle/internal/VariantManager.java
/** * Create tasks for the specified variantData. */ public void createTasksForVariantData( final TaskFactory tasks, final BaseVariantData<? extends BaseVariantOutputData> variantData) { // Add dependency of assemble task on assemble build type task. tasks.named("assemble", new Action<Task>() { @Override public void execute(Task task) { BuildTypeData buildTypeData = buildTypes.get( variantData.getVariantConfiguration().getBuildType().getName()); task.dependsOn(buildTypeData.getAssembleTask()); } }); ... taskManager.createTasksForVariantData(tasks, variantData); } } |
ApplicationTaskManager.createTasksForVariantData()会通过ThreadRecorder.get().record()第二个callback参数的类型为Recorder.Block<Void>,在call回调中调用父类TaskManager.createPostCompilationTasks。ThreadRecorder可以记录该任务的在当前线程的执行时间,并且保证task之间是串行的。
/** * TaskManager for creating tasks in an Android application project. */ public class ApplicationTaskManager extends TaskManager { @Override public void createTasksForVariantData( @NonNull final TaskFactory tasks, @NonNull final BaseVariantData<? extends BaseVariantOutputData> variantData) { ... // Add a compile task ThreadRecorder.get().record(ExecutionType.APP_TASK_MANAGER_CREATE_COMPILE_TASK, new Recorder.Block<Void>() { @Override public Void call() { AndroidTask<JavaCompile> javacTask = createJavacTask(tasks, variantScope); if (variantData.getVariantConfiguration().getUseJack()) { createJackTask(tasks, variantScope); } else { setJavaCompilerTask(javacTask, tasks, variantScope); createJarTask(tasks, variantScope); createPostCompilationTasks(tasks, variantScope); } return null; } }); ... } } |
TaskManager.createPostCompilationTasks方法,这个方法比较长,我们分段来分析。
首先从config得到isMultiDexEnabled,isMultiDexEnabled,isLegacyMultiDexMode,由于已经假设当前为需要MultiDex的场景,因此isMultiDexEnabled为true。若isMinifyEnabled也为true,则说明输入jar包需要进行混淆,本场景先不考虑。
TaskManager.java
/** * Creates the post-compilation tasks for the given Variant. * * These tasks create the dex file from the .class files, plus optional intermediary steps like * proguard and jacoco * */ public void createPostCompilationTasks(TaskFactory tasks, @NonNull final VariantScope variantScope) { checkNotNull(variantScope.getJavacTask()); final ApkVariantData variantData = (ApkVariantData) variantScope.getVariantData(); final GradleVariantConfiguration config = variantData.getVariantConfiguration(); TransformManager transformManager = variantScope.getTransformManager(); ... boolean isMinifyEnabled = config.isMinifyEnabled(); boolean isMultiDexEnabled = config.isMultiDexEnabled(); boolean isLegacyMultiDexMode = config.isLegacyMultiDexMode(); AndroidConfig extension = variantScope.getGlobalScope().getExtension(); |
在支持MultiDex的场景中,先创建manifestKeepListTask,将依赖设置为ManifestProcessorTask,这些android compile task由AndroidTask<TransformTask>类型来描述。
接着创建multiDexClassListTask,依赖manifestKeepListTask。这两个tasks用来输出maindexlist.txt,其中包含了MainDex中必须的class,可参见MultiDex中出现的main dex capacity exceeded解决之道。
// ----- Multi-Dex support AndroidTask<TransformTask> multiDexClassListTask = null; // non Library test are running as native multi-dex if (isMultiDexEnabled && isLegacyMultiDexMode) { if (AndroidGradleOptions.useNewShrinker(project)) { throw new IllegalStateException("New shrinker + multidex not supported yet."); } // ---------- // create a transform to jar the inputs into a single jar. if (!isMinifyEnabled) { // merge the classes only, no need to package the resources since they are // not used during the computation. JarMergingTransform jarMergingTransform = new JarMergingTransform( TransformManager.SCOPE_FULL_PROJECT); transformManager.addTransform(tasks, variantScope, jarMergingTransform); } // ---------- // Create a task to collect the list of manifest entry points which are // needed in the primary dex AndroidTask<CreateManifestKeepList> manifestKeepListTask = androidTasks.create(tasks, new CreateManifestKeepList.ConfigAction(variantScope)); manifestKeepListTask.dependsOn(tasks, variantData.getOutputs().get(0).getScope().getManifestProcessorTask()); // --------- // create the transform that's going to take the code and the proguard keep list // from above and compute the main class list. MultiDexTransform multiDexTransform = new MultiDexTransform( variantScope.getManifestKeepListFile(), variantScope, null); multiDexClassListTask = transformManager.addTransform( tasks, variantScope, multiDexTransform); multiDexClassListTask.dependsOn(tasks, manifestKeepListTask); } |
最后创建dexTask,这个用来把.class文件转为.dex的task,它依赖multiDexClassListTask。
// create dex transform DexTransform dexTransform = new DexTransform( extension.getDexOptions(), config.getBuildType().isDebuggable(), isMultiDexEnabled, isMultiDexEnabled && isLegacyMultiDexMode ? variantScope.getMainDexListFile() : null, variantScope.getPreDexOutputDir(), variantScope.getGlobalScope().getAndroidBuilder(), getLogger()); AndroidTask<TransformTask> dexTask = transformManager.addTransform( tasks, variantScope, dexTransform); // need to manually make dex task depend on MultiDexTransform since there's no stream // consumption making this automatic dexTask.optionalDependsOn(tasks, multiDexClassListTask); } |
task执行时,gradle引擎会去调用含有@TaskAction注解的方法,TransformTask类拥有Transfrom类型字段,其transform方法被标记为@TaskAction。同样通过ThreadRecorder.get().record中回调call(),执行transform.transform()
TransformTask.java
/** * A task running a transform. */ @ParallelizableTask public class TransformTask extends StreamBasedTask implements Context { private Transform transform; ... @TaskAction void transform(final IncrementalTaskInputs incrementalTaskInputs) throws IOException, TransformException, InterruptedException { ... ThreadRecorder.get().record(ExecutionType.TASK_TRANSFORM, new Recorder.Block<Void>() { @Override public Void call() throws Exception { transform.transform( TransformTask.this, consumedInputs.getValue(), referencedInputs.getValue(), outputStream != null ? outputStream.asOutput() : null, isIncremental.getValue()); return null; } }, new Recorder.Property("project", getProject().getName()), new Recorder.Property("transform", transform.getName()), new Recorder.Property("incremental", Boolean.toString(transform.isIncremental()))); } |
上述android compile tasks关系可以用下图描述:
从gradle task角度上看,这些task都属于TransformTask(继承至DefaultTask),它们区别仅在于transform字段。DexTask是本文主要关心的task,下面分析这个task执行过程中都做了什么。
android build system中dex过程发生在DexTask,DexTask关联的Transform是DexTransform。
当DexTransform.transfrom方法被调用时,会先创建并初始化main目录作为输出dex的目录,然后调用androidBuilder.convertByteCode方法进行.class到.dex的转换,此时jarInputs为classes.jar,directoryInputs长度为空,传递的boolean类型的multiDex参数来自build.gralde文件中在defaultConfig
对multiDexEnabled = true
的设置。
DexTransform.java
@Override public void transform( @NonNull Context context, @NonNull Collection<TransformInput> inputs, @NonNull Collection<TransformInput> referencedInputs, @Nullable TransformOutputProvider outputProvider, boolean isIncremental) throws TransformException, IOException, InterruptedException { ... // Gather a full list of all inputs. List<JarInput> jarInputs = Lists.newArrayList(); List<DirectoryInput> directoryInputs = Lists.newArrayList(); for (TransformInput input : inputs) { jarInputs.addAll(input.getJarInputs()); directoryInputs.addAll(input.getDirectoryInputs()); } try { // if only one scope or no per-scope dexing, just do a single pass that // runs dx on everything. if ((jarInputs.size() + directoryInputs.size()) == 1 || !dexOptions.getPreDexLibraries()) { File outputDir = outputProvider.getContentLocation("main", getOutputTypes(), getScopes(), Format.DIRECTORY); FileUtils.mkdirs(outputDir); // first delete the output folder where the final dex file(s) will be. FileUtils.emptyFolder(outputDir); // gather the inputs. This mode is always non incremental, so just // gather the top level folders/jars final List<File> inputFiles = Lists.newArrayList(); for (JarInput jarInput : jarInputs) { inputFiles.add(jarInput.getFile()); } for (DirectoryInput directoryInput : directoryInputs) { inputFiles.add(directoryInput.getFile()); } androidBuilder.convertByteCode( inputFiles, outputDir, multiDex, mainDexListFile, dexOptions, null, false, true, new LoggedProcessOutputHandler(logger)); } else { |
为了把输入的.class转换为.dex,AndroidBuilder.convertByteCode会另起进程去做dex,实际上是在新进程中exec dex工具,接下来我们进入dex源码,看看到底发生了什么。
public void convertByteCode( @NonNull Collection<File> inputs, @NonNull File outDexFolder, boolean multidex, @Nullable File mainDexList, @NonNull DexOptions dexOptions, @Nullable List<String> additionalParameters, boolean incremental, boolean optimize, @NonNull ProcessOutputHandler processOutputHandler) throws IOException, InterruptedException, ProcessException { ... BuildToolInfo buildToolInfo = mTargetInfo.getBuildTools(); DexProcessBuilder builder = new DexProcessBuilder(outDexFolder); builder.setVerbose(mVerboseExec) .setIncremental(incremental) .setNoOptimize(!optimize) .setMultiDex(multidex) .setMainDexList(mainDexList) .addInputs(verifiedInputs.build()); if (additionalParameters != null) { builder.additionalParameters(additionalParameters); } JavaProcessInfo javaProcessInfo = builder.build(buildToolInfo, dexOptions); ProcessResult result = mJavaProcessExecutor.execute(javaProcessInfo, processOutputHandler); result.rethrowFailure().assertNormalExitValue(); } |
android 5.0中dex工具源码路径是dalvik/dx/src/com/android/dx,入口类是com.android.dx.command.Main,当解析到参数–dex时,转入com.android.dx.command.dexer.Main.main()
public static void main(String[] args) { ... try { ... if (arg.equals("--dex")) { com.android.dx.command.dexer.Main.main(without(args, i)); break; } else if (arg.equals("--dump")) { com.android.dx.command.dump.Main.main(without(args, i)); break; } ... } |
main会调用com.android.dx.command.dexer.Main.run(),此时args.multiDex为true,直接进入runMultiDex
com.android.dx.command.dexer.Main.java
public static int run(Arguments arguments) throws IOException { ... try { if (args.multiDex) { return runMultiDex(); } else { return runMonoDex(); } } finally { closeOutput(humanOutRaw); } } |
runMultiDex会调用processAllFiles,第一行代码调用createDexFile()
private static boolean processAllFiles() { createDexFile(); ... |
createDexFile先检查outputDex(: DexFile)字段是否为空,不为空则调用writeDex()把该dex的byte[]添加到dexOutputArrays(: List<byte[]>)。
writeDex()具体是通过outputDex.toDex(humanOutWriter, args.verboseDump)得到dex的byte[]。java中数组的下标是int类型,长度为32bits,因此一个dex文件最大理论是4G,但实际由于method, field数等限制,正常最大也就10M左右。
然后还会为outputDex字段新建一个DexFile对象,表示当前dex文件已经处理完毕,可以开始处理新的dex文件了。这里假设进程第一次执行createDexFile,因此outputDex为null。
private static void createDexFile() { if (outputDex != null) { dexOutputArrays.add(writeDex()); } outputDex = new DexFile(args.dexOptions); if (args.dumpWidth != 0) { outputDex.setDumpWidth(args.dumpWidth); } } |
随后processAllFiles会根据args中numThreads来决定是否需要创建线程池。
if (args.numThreads > 1) { threadPool = Executors.newFixedThreadPool(args.numThreads); parallelProcessorFutures = new ArrayList<Future<Void>>(); } |
接下来判断args.mainDexListFile,不为空说明指定了maindexlist.txt文件,这里假设不为空,filesNames数组是{‘path/way/to/classes.jar’},长度为1。方法在for循环中调用processOne()
... anyFilesProcessed = false; String[] fileNames = args.fileNames; ... try { if (args.mainDexListFile != null) { // with --main-dex-list FileNameFilter mainPassFilter = args.strictNameCheck ? new MainDexListFilter() : new BestEffortMainDexListFilter(); // forced in main dex for (int i = 0; i < fileNames.length; i++) { processOne(fileNames[i], mainPassFilter); } |
processOne调用ClassPathOpener.process处理输入的classes.jar。ClassPathOpener会遍历classes.jar中的每个ZipEntry,读出byte[],对每个ZipEntry在回调processFileBytes中调用Main.processFileBytes方法。
/** * Processes one pathname element. * * @param pathname { @code non-null;} the pathname to process. May * be the path of a class file, a jar file, or a directory * containing class files. * @param filter { @code non-null;} A filter for excluding files. */ private static void processOne(String pathname, FileNameFilter filter) { ClassPathOpener opener; opener = new ClassPathOpener(pathname, false, filter, new ClassPathOpener.Consumer() { @Override public boolean processFileBytes(String name, long lastModified, byte[] bytes) { return Main.processFileBytes(name, lastModified, bytes); } ... }); if (args.numThreads > 1) { parallelProcessorFutures.add(threadPool.submit(new ParallelProcessor(opener))); } else { if (opener.process()) { anyFilesProcessed = true; } } } |
Main.processFileBytes把输入的bytes分为三类:
如果输入是.dex或资源文件,则把bytes分别写入libraryDexBuffers字段或outputResources字段,此时输入name(: String)为.class。当发现是class,则进一步调用processClass处理
/** * Processes one file, which may be either a class or a resource. * * @param name { @code non-null;} name of the file * @param bytes { @code non-null;} contents of the file * @return whether processing was successful */ private static boolean processFileBytes(String name, long lastModified, byte[] bytes) { boolean isClass = name.endsWith(".class"); boolean isClassesDex = name.equals(DexFormat.DEX_IN_JAR_NAME); boolean keepResources = (outputResources != null); ... String fixedName = fixPath(name); if (isClass) { if (keepResources && args.keepClassesInJar) { synchronized (outputResources) { outputResources.put(fixedName, bytes); } } if (lastModified < minimumFileAge) { return true; } return processClass(fixedName, bytes); } else if (isClassesDex) { synchronized (libraryDexBuffers) { libraryDexBuffers.add(bytes); } return true; } else { synchronized (outputResources) { outputResources.put(fixedName, bytes); } return true; } } |
processClass方法主要做了以下几件事:
由此可以看出:
secondray dex中的class是根据classes.jar中ZipEntry的遍历顺序添加的。
/** * Processes one classfile. * * @param name { @code non-null;} name of the file, clipped such that it * <i>should</i> correspond to the name of the class it contains * @param bytes { @code non-null;} contents of the file * @return whether processing was successful */ private static boolean processClass(String name, byte[] bytes) { if (! args.coreLibrary) { checkClassName(name); } DirectClassFile cf = new DirectClassFile(bytes, name, args.cfOptions.strictNameCheck); cf.setAttributeFactory(StdAttributeFactory.THE_ONE); cf.getMagic(); int numMethodIds = outputDex.getMethodIds().items().size(); int numFieldIds = outputDex.getFieldIds().items().size(); int constantPoolSize = cf.getConstantPool().size(); int maxMethodIdsInDex = numMethodIds + constantPoolSize + cf.getMethods().size() + MAX_METHOD_ADDED_DURING_DEX_CREATION; int maxFieldIdsInDex = numFieldIds + constantPoolSize + cf.getFields().size() + MAX_FIELD_ADDED_DURING_DEX_CREATION; if (args.multiDex // Never switch to the next dex if current dex is already empty && (outputDex.getClassDefs().items().size() > 0) && ((maxMethodIdsInDex > args.maxNumberOfIdxPerDex) || (maxFieldIdsInDex > args.maxNumberOfIdxPerDex))) { DexFile completeDex = outputDex; createDexFile(); assert (completeDex.getMethodIds().items().size() <= numMethodIds + MAX_METHOD_ADDED_DURING_DEX_CREATION) && (completeDex.getFieldIds().items().size() <= numFieldIds + MAX_FIELD_ADDED_DURING_DEX_CREATION); } try { ClassDefItem clazz = CfTranslator.translate(cf, bytes, args.cfOptions, args.dexOptions, outputDex); synchronized (outputDex) { outputDex.add(clazz); } return true; } catch (ParseException ex) { DxConsole.err.println("\ntrouble processing:"); if (args.debug) { ex.printStackTrace(DxConsole.err); } else { ex.printContext(DxConsole.err); } } errors.incrementAndGet(); return false; } |
再回到processAllFiles,前面假设指定了maindexlist,如果minialMainDex也为true的话,会立即创建新的DexFile,保证这个main dex中只包含maindexlist里的类,如何指定可以参考MultiDex中出现的main dex capacity exceeded解决之道 0x05。前面没有过滤掉的class都会放入到secondary dex。
if (dexOutputArrays.size() > 0) { throw new DexException("Too many classes in " + Arguments.MAIN_DEX_LIST_OPTION + ", main dex capacity exceeded"); } if (args.minimalMainDex) { // start second pass directly in a secondary dex file. createDexFile(); } // remaining files for (int i = 0; i < fileNames.length; i++) { processOne(fileNames[i], new NotFilter(mainPassFilter)); } } else { // without --main-dex-list for (int i = 0; i < fileNames.length; i++) { processOne(fileNames[i], ClassPathOpener.acceptAll); } } } catch (StopProcessing ex) { /* * Ignore it and just let the error reporting do * their things. */ } |
在runMultiDex的最后,dex文件将以classes(..N).dex的形式输出在由args.outName指定的目录之下。
private static int runMultiDex() throws IOException { ... } else if (args.outName != null) { File outDir = new File(args.outName); assert outDir.isDirectory(); for (int i = 0; i < dexOutputArrays.size(); i++) { OutputStream out = new FileOutputStream(new File(outDir, getDexFileName(i))); try { out.write(dexOutputArrays.get(i)); } finally { closeOutput(out); } } } |
通过对android build system中android plugin tasks和dx工具源码的分析,我们可以得出如下结论:
.dex文件本质上是.class文件经过com.android.dx.dex.file.DexFile.toDex方法转换得到
Secondary dex是在指定了multiDexEnabled = true且MainDex满足65535限制
,或者指定multiDexEnabled = true和minimalMainDex = true
的情况下,才会创建的dex,其包含的class是根据classes.jar中ZipEntry的遍历顺序添加的。
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