[转]DVM执行 java 程序的工具

  1. jvm 执行字节码原理：java 程序运行时，是由一个 java 虚拟机来解释 java 字节码的，它将这些字节码翻译成本地 CPU 的指令码，然后执行。
  2. Android 执行指令码原理：Android 应用程序打包成 dex 包后，通过系统程序 dalvikvm 创建一个虚拟机来执行参数中指定的 java 类。相对于 java 而言，负责解释并执行的就是一个虚拟机，而对于 Linux 而言，这就是一个普通的进程，它与一个只有一行代码的 Hello World 的可执行程序无本质区别。
  3. Android 启动一个虚拟机的方法跟启动任何一个可执行程序的方法是相同的，在命令行下输入可执行程序的名称，并在参数中指定要执行的 java 类即可。
dalvikvm

dalvikvm 作用：创建一个虚拟机并执行指定的 java 类

dalvikvm 命令：dalvikvm -cp 文件路径 权限类名
如：
dalvikvm -cp /data/app/Demo.dex Demo

实例演示：

  • JVM 执行 java 程序的过程：

    1. 编译成二进制文件：javac Demo.java
    2. 翻译成机器码并执行：java Demo

        /**
     * 2019-05-18
     * java code for simple Demo
     */
public class Demo {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Demo:: Hello Android");
    }
}

  • DVM 执行 java 程序过程：对于 Android 而言，可执行代码需要转化成可执行的 dex 优化文件才能被系统加载执行。核心思想是将字节码文件转 dex 后，由 dvm 翻译执行。

    1. 打包为 jar 包: jar cvf Demo.jar Demo.class
    2. jar 转 dex：dx --dex --output= Demo1.jar Demo.jar
    3. 开一个 Android 模拟器，使用 Android 原生或 Genermotion 模拟器即可。
    4. 挂载设备：adb root;adb remount
    5. 安装程序：adb push Demo1.jar /data/app/Demo.dex
    6. 执行程序：adb shell dalvikvm -cp /data/app/Demo.dex Demo

  • DVM 执行 java 程序的过程中可能遇到的错误：

    • java sdk 和 dx 工具的要求版本不一致时，解决这种转换问题一般发生在第二步，比如我本地的 java 版本是 1.8.0_101-b13，可以使用 27.0.0 中的 build-tools 下的 dx 工具。 

        PARSE ERROR:
    unsupported class file version 52.0
    ...while parsing Demo.class
    1 error; aborting
    • push 了非 dex 优化文件到系统，执行 dalvikvm 命令，出现如下错误： 

        Unable to locate class 'Demo' java.lang.ClassNotFoundException: Didn't find class "Demo" on path: DexPathList[[zip file "/data/app/Demo.jar"],nativeLibraryDirectories=[/system/lib, /vendor/lib, /system/lib, /vendor/lib]]
at dalvik.system.BaseDexClassLoader.findClass(BaseDexClassLoader.java:56)
at java.lang.ClassLoader.loadClass(ClassLoader.java:380)
at java.lang.ClassLoader.loadClass(ClassLoader.java:312)
Suppressed: java.io.IOException: No original dex files found for dex location /data/app/Demo.jar
    at dalvik.system.DexFile.openDexFileNative(Native Method)
    at dalvik.system.DexFile.openDexFile(DexFile.java:367)
    at dalvik.system.DexFile.<init>(DexFile.java:112)
    at dalvik.system.DexFile.<init>(DexFile.java:77)
    at dalvik.system.DexPathList.loadDexFile(DexPathList.java:359)
    at dalvik.system.DexPathList.makeElements(DexPathList.java:323)
    at dalvik.system.DexPathList.makeDexElements(DexPathList.java:263)
    at dalvik.system.DexPathList.<init>(DexPathList.java:126)
    at dalvik.system.BaseDexClassLoader.<init>(BaseDexClassLoader.java:48)
    at dalvik.system.PathClassLoader.<init>(PathClassLoader.java:64)
    at java.lang.ClassLoader.createSystemClassLoader(ClassLoader.java:224)
    at java.lang.ClassLoader.-wrap0(ClassLoader.java)
    at java.lang.ClassLoader$SystemClassLoader.<clinit>(ClassLoader.java:183)
    at java.lang.ClassLoader.getSystemClassLoader(ClassLoader.java:1097)
    Exception in thread "main" java.lang.ClassNotFoundException: Didn't find class "Demo" on path: DexPathList[[zip file "/data/app/Demo.jar"],nativeLibraryDirectories=[/system/lib, /vendor/lib, /system/lib, /vendor/lib]]
at dalvik.system.BaseDexClassLoader.findClass(BaseDexClassLoader.java:56)
at java.lang.ClassLoader.loadClass(ClassLoader.java:380)
at java.lang.ClassLoader.loadClass(ClassLoader.java:312)
Suppressed: java.io.IOException: No original dex files found for dex location /data/app/Demo.jar
    at dalvik.system.DexFile.openDexFileNative(Native Method)
    at dalvik.system.DexFile.openDexFile(DexFile.java:367)
    at dalvik.system.DexFile.<init>(DexFile.java:112)
    at dalvik.system.DexFile.<init>(DexFile.java:77)
    at dalvik.system.DexPathList.loadDexFile(DexPathList.java:359)
    at dalvik.system.DexPathList.makeElements(DexPathList.java:323)
    at dalvik.system.DexPathList.makeDexElements(DexPathList.java:263)
    at dalvik.system.DexPathList.<init>(DexPathList.java:126)
    at dalvik.system.BaseDexClassLoader.<init>(BaseDexClassLoader.java:48)
    at dalvik.system.PathClassLoader.<init>(PathClassLoader.java:64)
    at java.lang.ClassLoader.createSystemClassLoader(ClassLoader.java:224)
    at java.lang.ClassLoader.-wrap0(ClassLoader.java)
    at java.lang.ClassLoader$SystemClassLoader.<clinit>(ClassLoader.java:183)
    at java.lang.ClassLoader.getSystemClassLoader(ClassLoader.java:1097)

  • 这种错误很常见，和之前应用程序加载类，加载函数的错误类似，这种错误如果在 APK 程序内发生。
    出现这种情况，一般是应用程序未签名，引用的函数在系统中并不存在。而在 java 程序内，则是 java 程序不正确导致，需要确认此 jar 是否经过 dex 转化或当前虚拟机版本要求的系统优化。

dvz

dvz 作用：从 zygote 进程中孵化出一个新的进程，新的进程也是一个 Dalvik 虚拟机。该进程与 dalvikvm 启动的虚拟机相比，区别在于该进程中已经预装了 Framework 中的大部分类和资源。

dvz 命令：dvz -classpath 文件路径 权限类名
如:
dvz -classpath /system/app/Demo.apk com.my.demo.DemoActivity

关于 Demo.apk，其代码如下：

package com.my.demo;

import android.app.*;

/**
 * 2019-05-18
 * java code for dvz Demo
 */
public class DemoActivity extends Activity {
    
    @Override
    public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_demo);
    }
    
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("DemoActivity::Hello Android:: DemoActivity");
    }
}

上面的 main 函数并不是该程序的入口，只是用来作为开发调试。app 的主入口在 ActivityThread 中。

遗憾的是在系统中暂无 dvz 工具，暂时也未找到 dvz 的相关资料

app_process

app_process 作用：Framework 启动过程中，加载 ZygoteInit.java 和 SystemServer.java，也可以用来调试 java 程序

app_process 命令：app_process -Djava.class.path=文件路径 路径 权限类名

如：app_process -Djava.class.path=/data/app/Demo.dex /data/app Demo

  • app_process 执行 java 程序的过程：

    1. 创建 Demo.java
    2. 执行 javac Demo.java
    3. 打包 jar 文件：java cvf Demo.jar Demo.class
    4. jar 转 dex：dx --dex --output=Demo1.jar Demo.jar
    5. 挂载设备：adb root;adb remount
    6. 将文件 push 到模拟器：adb push Demo1.jar /data/app/Demo.dex
    7. 执行命令：adb shell app_process -Djava.class.path=/data/app/Demo.dex /data/app Demo

  • app_process 命令参数：app_process [java-options] cmd-dir start-class-name [options]

由 app_process 想到的？
  • 系统命令封装：am, pm, wm, svc ...
  • 自定义命令封装：my_tool 适配不同平台工具差异。
  • 深度定制 zygote，framework，原因是：app_process 是初始化 zygote 的入口，属于安卓系统和Framework 启动的一个关键点。
  • 优化开机流程，减少开机过程耗时。
补充：
  • 补充1：
    • 执行 app_process，每次运行 Java 程序时，系统都会给其分配一个pid，并且进程名是app_process，通过追踪 pid 和 ppid，可以发现 fork 进程的大致流程为：/init --> /sbin/adbd -–> /system/bin/sh --> app_process，不同的安卓版本，会有差异，dalvik 和 art 也不完全相同。例如在 Android 9.0 的设备上，流程则变为 /init --> zygote -->当前程序。
  • 补充2：

    • app_process 启动的 Java 程序拥有shell级别的权限，所以像系统中的 am, pm, wm, svc 等程序才能执行。在 /system/bin 目录下执行：cat /system/bin/am 可以看到它其实并非一个二进制文件，而是一个可执行的 shell 脚本，由 app_process 执行了 com.android.commands.am.Am "$@"，其执行原理是在当前窗口，将参数传递给 jvm，找到 Am 类的主函数，进行执行。

      console:/ # cat /system/bin/am
#!/system/bin/sh

if [ "$1" != "instrument" ] ; then
    cmd activity "$@"
else
    base=/system
    export CLASSPATH=$base/framework/am.jar
    exec app_process $base/bin com.android.commands.am.Am "$@"
fi
console:/ #

    • 在 java 程序中执行 shellcmd 是可行的，分享一个可执行的案例，使用命令为：pm -l：

import java.io.BufferedReader;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStreamReader;

/**
 * 2019-05-18
 * java code for shell command demo, pm -l 
 */
public class DemoShellCmd {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("");
        System.out.println("");
        System.out.println("DemoShellCmd::PMS 程序开始执行...");
        String cmd = "pm -l";
        try {
            Process exec = Runtime.getRuntime().exec(cmd);
            BufferedReader br = new BufferedReader(new InputStreamReader(exec.getInputStream()));
            String readLine=br.readLine();
            while(readLine!=null){
                System.out.println(readLine);
                readLine=br.readLine();
            }
            br.close();
            exec.destroy();
            exec=null;
            System.out.println("");
            System.out.println("");
            System.out.println("DemoShellCmd::PMS 程序执行完成");
        } catch (IOException e) {
            System.out.println("DemoShellCmd::PMS 程序执行异常");
            e.printStackTrace();
        }
    }
}
  • 补充3：
    • 进程状态如何查看： cat /proc/$pid/status 即可，其中 /proc 下遍布着系统运行过程中，所有进程 id 的信息，此文件夹下可以浏览你关注的进行状态，内存信息，线程信息...
小结:

  1. 如上总结了 DVM 执行 java 程序的三种工具，也是谷歌早期调试 java 程序的重要工具。其中 dvz 工具暂未发现系统中有集成，也少有此工具的相关介绍。重要的是要学会使用 dalvikvim 和 app_process 工具，并对 app_process 的触发和流程做拓展，在源码中理解它的工作过程。

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作者：迷你小猪
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来源：简书
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