Java動态庫加載

對于Android上層的Java代碼來說，隻需要一行代碼就即可完成so動态庫的加載過程：

System.load("/data/local/tmp/lib_test_jni.so");
System.loadLibrary("lib_test_jni");

以上兩個方法都用于加載動态庫，兩者的差別如下：

加載的路徑不同：System.load(String filename)是指定動态庫的完整路徑名；而System.loadLibrary(String libname)則隻會從指定lib目錄下查找，并加上lib字首和.so字尾；
自動加載庫的依賴庫的不同：System.load(String filename)不會自動加載依賴庫；而System.loadLibrary(String libname)會自動加載依賴庫。

動态庫加載原理分析

（1）System.loadLibrary

public static void loadLibrary(String libName) {
    Runtime.getRuntime().loadLibrary(libName, VMStack.getCallingClassLoader());
}

（2）Runtime.loadLibrary

void loadLibrary(String libraryName, ClassLoader loader) {
    if (loader != null) {
        //根據動态庫名檢視相應動态庫的檔案路徑[見小節2.3]
        String filename = loader.findLibrary(libraryName);
        if (filename == null) {
            throw new UnsatisfiedLinkError(...);
        }
        //成功執行完doLoad,則傳回 [見小節2.4]
        String error = doLoad(filename, loader);
        if (error != null) {
            throw new UnsatisfiedLinkError(error);
        }
        return;
    }

    //當loader為空的情況下執行[見小節2.3.3]
    String filename = System.mapLibraryName(libraryName);
    List<String> candidates = new ArrayList<String>();
    String lastError = null;

    //此處的mLibPaths取值 [見小節3.1]
    for (String directory : mLibPaths) {
        String candidate = directory + filename;
        candidates.add(candidate);
        //判斷目标動态庫是否存在
        if (IoUtils.canOpenReadOnly(candidate)) {
            //成功執行完doLoad,則傳回 [見小節2.4]
            String error = doLoad(candidate, loader);
            if (error == null) {
                return; //則傳回
            }
        }
    }
    ...
    throw new UnsatisfiedLinkError(...);
}

該方法主要是找到目标庫所在路徑後調用doLoad來真正用于加載動态庫，其中會根據loader是否為空中間過程略有不同，分兩種情況：

當loader不為空時, 則通過loader.findLibrary()檢視目标庫所在路徑;
當loader為空時, 則從預設目錄mLibPaths下來查找是否存在該動态庫;

（3）BaseDexClassLoader.findLibrary

public class BaseDexClassLoader extends ClassLoader {
    private final DexPathList pathList;

    public BaseDexClassLoader(String dexPath, File optimizedDirectory, String libraryPath, ClassLoader parent) {
        super(parent);
        //dexPath一般是指apk所在路徑【小節2.3.1】
        this.pathList = new DexPathList(this, dexPath, libraryPath, optimizedDirectory);
    }

    public String findLibrary(String name) {
        return pathList.findLibrary(name); //[見小節2.3.2]
    }
}

ClassLoader一般來說都是PathClassLoader，從該對象的findLibrary說起. 由于PathClassLoader繼承于 BaseDexClassLoader對象, 并且沒有覆寫該方法, 故調用其父類所對應的方法.

（4）DexPathList初始化

public DexPathList(ClassLoader definingContext, String dexPath, String libraryPath, File optimizedDirectory) {
    ...
    this.definingContext = definingContext;

    ArrayList<IOException> suppressedExceptions = new ArrayList<IOException>();
    //記錄所有的dexFile檔案
    this.dexElements = makePathElements(splitDexPath(dexPath), optimizedDirectory, suppressedExceptions);

    //app目錄的native庫
    this.nativeLibraryDirectories = splitPaths(libraryPath, false);
    //系統目錄的native庫
    this.systemNativeLibraryDirectories = splitPaths(System.getProperty("java.library.path"), true);
    List<File> allNativeLibraryDirectories = new ArrayList<>(nativeLibraryDirectories);
    allNativeLibraryDirectories.addAll(systemNativeLibraryDirectories);
    //記錄所有的Native動态庫
    this.nativeLibraryPathElements = makePathElements(allNativeLibraryDirectories, null,
                                                      suppressedExceptions);
    ...
}

DexPathList初始化過程,主要功能是收集以下兩個變量資訊:

dexElements: 記錄所有的dexFile檔案
nativeLibraryPathElements: 記錄所有的Native動态庫, 包括app目錄的native庫和系統目錄的native庫.

（5）DexPathList.findLibrary

public String findLibrary(String libraryName) {
    //[見小節2.3.3]
    String fileName = System.mapLibraryName(libraryName);
    for (Element element : nativeLibraryPathElements) {
        //[見小節2.3.4]
        String path = element.findNativeLibrary(fileName);
        if (path != null) {
            return path;
        }
    }
    return null;
}

從所有的動态庫nativeLibraryPathElements(包含兩個系統路徑)查詢是否存在比對的。一般地，64位系統的nativeLibraryPathElements取值:

/data/app/[packagename]-1/lib/arm64
/vendor/lib64
/system/lib64

（6）System.mapLibraryName

public static String mapLibraryName(String nickname) {
    if (nickname == null) {
        throw new NullPointerException("nickname == null");
    }
    return "lib" + nickname + ".so";
}

該方法的功能是将xxx動态庫的名字轉換為libxxx.so

（7）Element.findNativeLibrary

final class DexPathList {
    static class Element {

        public String findNativeLibrary(String name) {
            maybeInit();
            if (isDirectory) {
                String path = new File(dir, name).getPath();
                if (IoUtils.canOpenReadOnly(path)) {
                    return path;
                }
            } else if (zipFile != null) {
                String entryName = new File(dir, name).getPath();
                if (isZipEntryExistsAndStored(zipFile, entryName)) {
                  return zip.getPath() + zipSeparator + entryName;
                }
            }
            return null;
        }
    }
}

周遊查詢,一旦找到則傳回所找到的目标動态庫. 接下來, 再回到[小節2.2]來看看動态庫的加載doLoad:

（8）Runtime.doLoad

private String doLoad(String name, ClassLoader loader) {
    String ldLibraryPath = null;
    String dexPath = null;
    if (loader == null) {
        ldLibraryPath = System.getProperty("java.library.path");
    } else if (loader instanceof BaseDexClassLoader) {
        BaseDexClassLoader dexClassLoader = (BaseDexClassLoader) loader;
        ldLibraryPath = dexClassLoader.getLdLibraryPath();
    }
    synchronized (this) {
        //[見小節2.4.1]
        return nativeLoad(name, loader, ldLibraryPath);
    }
}

此處ldLibraryPath有兩種情況：

當loader為空，則ldLibraryPath為系統目錄下的Ｎative庫；
當lodder不為空，則ldLibraryPath為app目錄下的native庫；

（9）nativeLoad

static jstring Runtime_nativeLoad(JNIEnv* env, jclass, jstring javaFilename, jobject javaLoader,
                                  jstring javaLdLibraryPathJstr) {
  ScopedUtfChars filename(env, javaFilename);
  if (filename.c_str() == nullptr) {
    return nullptr;
  }

  SetLdLibraryPath(env, javaLdLibraryPathJstr);

  std::string error_msg;
  {
    JavaVMExt* vm = Runtime::Current()->GetJavaVM();
    //[見小節2.5]
    bool success = vm->LoadNativeLibrary(env, filename.c_str(), javaLoader, &error_msg);
    if (success) {
      return nullptr;
    }
  }

  env->ExceptionClear();
  return env->NewStringUTF(error_msg.c_str());
}

nativeLoad方法經過jni所對應的方法是Runtime_nativeLoad()。

（10）LoadNativeLibrary

bool JavaVMExt::LoadNativeLibrary(JNIEnv* env, const std::string& path, jobject class_loader,
                                  std::string* error_msg) {
  error_msg->clear();

  SharedLibrary* library;
  Thread* self = Thread::Current();
  {
    MutexLock mu(self, *Locks::jni_libraries_lock_);
    library = libraries_->Get(path); //檢查該動态庫是否已加載
  }
  if (library != nullptr) {
    if (env->IsSameObject(library->GetClassLoader(), class_loader) == JNI_FALSE) {
      //不能加載同一個采用多個不同的ClassLoader
      return false;
    }
    ...
    return true;
  }

  const char* path_str = path.empty() ? nullptr : path.c_str();
  //通過dlopen打開動态共享庫.該庫不會立刻被解除安裝直到引用技術為空.
  void* handle = dlopen(path_str, RTLD_NOW);
  bool needs_native_bridge = false;
  if (handle == nullptr) {
    if (android::NativeBridgeIsSupported(path_str)) {
      handle = android::NativeBridgeLoadLibrary(path_str, RTLD_NOW);
      needs_native_bridge = true;
    }
  }

  if (handle == nullptr) {
    *error_msg = dlerror(); //打開失敗
    VLOG(jni) << "dlopen(\"" << path << "\", RTLD_NOW) failed: " << *error_msg;
    return false;
  }


  bool created_library = false;
  {
    std::unique_ptr<SharedLibrary> new_library(
        new SharedLibrary(env, self, path, handle, class_loader));
    MutexLock mu(self, *Locks::jni_libraries_lock_);
    library = libraries_->Get(path);
    if (library == nullptr) {
      library = new_library.release();
      //建立共享庫,并添加到清單
      libraries_->Put(path, library);
      created_library = true;
    }
  }
  ...

  bool was_successful = false;
  void* sym;
  //查詢JNI_OnLoad符号所對應的方法
  if (needs_native_bridge) {
    library->SetNeedsNativeBridge();
    sym = library->FindSymbolWithNativeBridge("JNI_OnLoad", nullptr);
  } else {
    sym = dlsym(handle, "JNI_OnLoad");
  }

  if (sym == nullptr) {
    was_successful = true;
  } else {
    //需要先覆寫目前ClassLoader.
    ScopedLocalRef<jobject> old_class_loader(env, env->NewLocalRef(self->GetClassLoaderOverride()));
    self->SetClassLoaderOverride(class_loader);

    typedef int (*JNI_OnLoadFn)(JavaVM*, void*);
    JNI_OnLoadFn jni_on_load = reinterpret_cast<JNI_OnLoadFn>(sym);
    // 真正調用JNI_OnLoad()方法的過程
    int version = (*jni_on_load)(this, nullptr);

    if (runtime_->GetTargetSdkVersion() != 0 && runtime_->GetTargetSdkVersion() <= 21) {
      fault_manager.EnsureArtActionInFrontOfSignalChain();
    }
    //執行完成後, 需要恢複到原來的ClassLoader
    self->SetClassLoaderOverride(old_class_loader.get());
    ...
  }

  library->SetResult(was_successful);
  return was_successful;
}

該方法的主要工作過程:

檢查該動态庫是否已加載;
通過dlopen打開動态共享庫;
建立SharedLibrary共享庫,并添加到libraries_清單;
通過dlsym擷取JNI_OnLoad符号所對應的方法, 并調用該方法.

小結

System.loadLibrary()和System.load()都用于加載動态庫，loadLibrary()可以友善自動加載依賴庫，load()可以友善地指定具體路徑的動态庫。對于loadLibrary()會将将xxx動态庫的名字轉換為libxxx.so，再從/data/app/[packagename]-1/lib/arm64，/vendor/lib64，/system/lib64等路徑中查詢對應的動态庫。無論哪種方式，最終都會調用到LoadNativeLibrary()方法，該方法主要操作：

通過dlopen打開動态共享庫。
通過dlsym擷取JNI_OnLoad符号所對應的方法。
調用該加載庫中的JNI_OnLoad()方法。

Android so動态庫加載原理分析

Java動态庫加載

動态庫加載原理分析

繼續閱讀

#緬北#在某合網上，碰到了緬北做勒索詐騙的，用備用手機戲耍的騙子，手機裡放了30多個空号，分别備注上“總經理趙XX”、“

Google改善Android應用的顯示問題

Android中的MVP架構模式

這款覽邦WACHMAX-A90智能手表真的很好用！操作簡單易上手，而且插入SIM卡後可以輕松設定網絡連接配接📶。還可以下載下傳安

Android 音視訊涉及到的技術總結

據爆料，小米即将推出兩款新機！小米13TPro将配備一塊144Hz的AMOLED顯示屏，并搭載第二代高通骁龍8移動平台。

電源原理分析、波形分析、應力計算、回路布局

10年前的今天，1GB+4GB的紅米1上市，開創了品牌廠商千元機的先河。紅米1釋出于2013年7月31日，首發價699元

#作業系統#Android等系統的根目錄下檔案夾太多了，感覺有點亂（圖二、圖三）、對權限管理子產品也很不滿意。這方面還是M

騰勢N7釋出會上沒說的晶片。在騰勢N7上，副駕屏和中控屏似乎是由兩顆晶片分别驅動的。其中，中控螢幕是高通的sm7325，

為什麼 Android 如此有問題以及如何加快你的手機速度？

管理您的智能手機使用情況：如何在 Android 上檢查螢幕時間

Android Camera-基礎知識篇

我去，AI開花結果的時代，偏逢[我想靜靜]微軟、華為之類的神對手，谷歌硬是沒過上幾天安心的日[捂臉]子！年初的時候，Ch

Nacos源碼分析（五）用戶端服務發現原理分析

推薦兩款價格在5000元以内的折疊屏手機#暢聊數位新品#智能手機或将進入折疊屏時代？說實話，好多人喜歡折疊屏手機，價格是