其实你不知道MultiDex到底有多坑

前言:在android5.0之前，每一个android应用中只会含有一个dex文件，但是这个dex的方法数量被限制在65535之内，这就是著名的64K(64*1024)事件。为了解决这个问题，Google官方推出了这个类似于补丁一样的support-library,MultiDex。上一篇文章我们已经了解了Multidex的使用及原理,详见Android使用Multidex突破64K方法数限制原理解析。本篇文章我会将在使用Multidex的过程中遇到的一些坑点进行总结。

MultiDex引发的问题

周二的晚上愉快地写着Android代码,往工程里引入了一个默默无闻的jar然后Run了一下， 经过漫长的等待AndroidStudio构建失败了。wtf ? 发生了什么？
emmm......带着疑惑查看错误信息:

UNEXPECTED TOP-LEVEL EXCEPTION: java.lang.IllegalArgumentException: method ID not in [0, 0xffff]: 65536 
    at com.android.dx.merge.DexMerger$6.updateIndex(DexMerger.java:501) 
    at com.android.dx.merge.DexMerger$IdMerger.mergeSorted(DexMerger.java:276) 
    at com.android.dx.merge.DexMerger.mergeMethodIds(DexMerger.java:490) 
    at com.android.dx.merge.DexMerger.mergeDexes(DexMerger.java:167) 
    at com.android.dx.merge.DexMerger.merge(DexMerger.java:188) 
    at com.android.dx.command.dexer.Main.mergeLibraryDexBuffers(Main.java:439) 
    at com.android.dx.command.dexer.Main.runMonoDex(Main.java:287) 
    at com.android.dx.command.dexer.Main.run(Main.java:230) 
    at com.android.dx.command.dexer.Main.main(Main.java:199) 
    at com.android.dx.command.Main.main(Main.java:103):Derp:dexDerpDebug FAILED

看起来是：在试图将 classes和jar塞进一个Dex文件的过程中产生了错误。

早期的Dex文件保存所有classes的方法个数的范围在0~65535之间。业务一直在增长，写(copy)的代码越来越长引入的库越来越多，超过这个范围只是时间问题。这个问题怎么破？？太阳底下木有新鲜事，淡定先google一发，找找已经踩过坑的小伙伴。StackOverflow 的网友们对该问题表示情绪稳定，谈笑间抛出multiDex。

我们来看看Android官方文档对此是如何解释的:

1.Dalvik Executable (DEX)文件的总方法数限制在65536以内，其中包括Android framwork method， lib method (后来发现仅仅是Android 自己的框架的方法就已经占用了1w多)，还有你的 code method ，所以请使用MultiDex。
2.对于5.0以下版本，请使用multidex support library (这个是我们的补丁包！build tools 请升级到21)。
3.而5.0及以上版本，由于ART模式的存在，app第一次安装之后会进行一次预编译(pre-compilation) ，如果这时候发现了classes(..N).dex文件的存在就会将他们最终合成为一个.oat的文件(嗯看起来很厉害的样子)。

同时Google建议review代码的直接或者间接依赖，尽可能减少依赖库，设置proguard参数进一步优化去除无用的代码。嗯，这两个实施起来倒是很简单，但是治标不治本，躲得过初一躲不过十五。

在Google给出这个解决方案之前，他们的开发人员先给了一个简易版本的multiDex。（怀疑后来的官方解决方案就有这家伙参与）。简单地说就是：1.先把你的app 的class 拆分成主次两个dex。2.你的程序运行起来后，自己把第二个dex给load进来。看就这么简单！

第一回合 天真的官方补丁方案

还是先解决打包问题，回头再研究那些高深的动态化加载技术。考虑到投入产出比，决定使用Google官方的multiDex解决。(Google的补丁方案啊，不会再有坑了吧？后面才发现还是太天真) 该方案有两步：

  • 1.修改gradle脚本来产生多dex。
  • 2.修改manifest 使用MulitDexApplication。

步骤1.在gradle脚本里写上：

android {
    compileSdkVersion 21
    buildToolsVersion "21.1.0"

    defaultConfig {
        ...
        minSdkVersion 14
        targetSdkVersion 21
        ...

        // Enabling multidex support.
        multiDexEnabled true
    }
    ...
}

dependencies {
compile 'com.android.support:multidex:1.0.0'
}

步骤2. manifest声明修改

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<manifest xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
package="com.example.android.multidex.myapplication">
<application
...
android:name="android.support.multidex.MultiDexApplication">
...
</application>
</manifest>

如果有自己的Application，继承MulitDexApplication。如果当前代码已经继承自其它Application没办法修改那也行，就重写 Application的attachBaseContext()这个方法。

@Override
protected void attachBaseContext(Context base) {
    super.attachBaseContext(base);
    MultiDex.install(this);     
}

使用起来还是挺简单的嘛, run一下，可以了！但是等等。。。dex过程好像变慢了。。。这是怎么肥事？

官方文档还写明了multiDex support lib 的使用局限。瞄一下是什么：

1.在应用安装到手机上的时候dex文件的安装是复杂的(complex)有可能会因为第二个dex文件太大导致ANR。请用proguard优化你的代码。(呵呵...)
2.使用了mulitDex的App有可能在4.0(api level 14)以前的机器上无法启动，因为Dalvik linearAlloc bug。请多多测试自祈多福。用proguard优化你的代码将减少该bug几率。(呵呵...)
3.使用了mulitDex的App在runtime期间有可能因为Dalvik linearAlloc limit Crash。该内存分配限制在 4.0版本被增大，但是5.0以下的机器上的Apps依然会存在这个限制。
4.主dex被dalvik虚拟机执行时候，哪些类必须在主dex文件里面这个问题比较复杂。build tools 可以搞定这个问题。但是如果你代码存在反射和native的调用也不保证100%正确。(呵呵...)

感觉这就是个坑啊。补丁方案又引入一些其他问题。但是插件化方案要求对现有代码有比较大的改动，代价太大，而且动态化加载框架意味着维护成本更高，会有更多潜在bug。所以先测试，遇到有问题的版本再解决。

第二回合 啥？dexopt failed？

呵呵，部分低端2.3机型(话说2.3版本的android机有高端机型么)安装失败！INSTALL_FAILED_DEXOPT。

apk是一个zip压缩包，dalvik每次加载apk都要从中解压出class.dex文件，加载过程还涉及到dex的classes需要的杂七杂八的依赖库的加载，真耗时间。于是Android决定优化一下这个问题，在app安装到手机之后，系统运行dexopt程序对dex进行优化，将dex的依赖库文件和一些辅助数据打包成odex文件。存放在cache/dalvik_cache目录下。保存格式为apk路径 @ apk名 @ classes.dex。这样以空间换时间大大缩短读取/加载dex文件的过程。
那刚才那个bug是啥问题呢，原来dexopt程序的dalvik分配一块内存来统计你的app的dex里面的classes的信息，由于classes太多方法太多超过这个linearAlloc 的限制 。那减小dex的大小就可以咯。

于是,我们来修改一下gradle脚本:

android.applicationVariants.all {
    variant ->
        dex.doFirst{
            dex->
            if (dex.additionalParameters == null) {
                dex.additionalParameters = []
            }
                dex.additionalParameters += '--set-max-idx-number=48000'
       }
}

--set-max-idx-number= 用于控制每一个dex的最大方法个数，如果写小一点可能会产生好几个dex。好了 现在2.3的机器可以安装run起来了！

第三回合 ANR的意思就是Application Not Responding

问题又来了！这次不仅仅是2.3 的机型！还有一些中档配置的4.x系统的机型。问题现象是:第一次安装后，点击图标，1s，2s，3s... 程序没有任何反应就好像你没点图标一样。5s过去。。。程序ANR!

其实不仅仅这个App存在这个问题，其他很多App也存在首次安装运行后几秒都无任何响应的现象或者最后ANR了。唯一的例外是美团App，点击图标立马就出现界面。唉要不就算啦？反正就一次。。。不行，这可是产品给用户的第一印象啊太重要了，而且美团搞得定就说明这问题有解决方案。

ANR了是不是局限1描述的现象？？不过也不重要...因为Google只是告诉你说第二个dex太大了导致的。并没有进一步解释根本原因。怎么办？Google一发？搜索点击图标 然后ANR？怎么可能有解决方案嘛。ANR就意味着UI线程被阻塞了，老老实实查看log吧。
adb logcat -v time > log.txt于是发现 是 install dex + dexopt 时间太长！

梳理一下流程：

  • 安装完app点击图标之后，系统木有发现对应的process，于是从该apk抽取classes.dex(主dex) 加载，触发 一次dexopt。
  • App 的laucherActivity准备启动 ，触发Application启动， Application的 onattach（）方法调用，这时候MultiDex.install（）调用，classes2.dex 被install，再次触发dexopt。
  • 然后Applicaition onCreate（）执行。然后 launcher Activity真的起来了。

这些必须在5s内完成不然就ANR给你看！有点棘手。

首先主dex是无论如何都绕不过加载和dexopt的。如果主dex比较小的话可以节省时间。主dex小就意味着后面的dex大啊，MultiDex.install（）是在主线程里做的，总时间又没有实质性改变。install（） 能不能放到线程里做啊？貌似不行。。。如果异步化，什么时候install完成都不知道。这时候如果进程需要seconday.dex里的classes信息不就悲剧？主dex越小这个错误几率就越大。要悲剧啊。

对于这个问题美团的主要思路是：精简主dex+异步加载secondary.dex 。对异步化执行速度的不确定性，他们的解决方案是重写Instrumentation execStartActivity 方法，hook跳转Activity的总入口做判断，如果当前secondary.dex 还没有加载完成，就弹一个loading Activity等待加载完成，如果已经加载完成那最好不过了。

那我们照搬美团的解决方案不就好了咯？说是这么说, 但是在照搬方案之前,我们需要考虑以下几个方面的问题:

  • 1..分析主dex需要的classes这个脚本比较难写。。。
    Google文档说过这个问题比较复杂， 而且buildTools 不是已经帮我们搞定了吗？去瞄一下主dex的大小：8M 以及secondary.dex 3M 。 它是如何工作的？文档说dx的时候，先依据manifest里注册的组件生成一个 main-list，然后把这list里的classes所依赖的classes找出来，把他们打成classes.dex就是主dex。剩下的classes都放clsses2.dex(如果使用参数限制dex大小的话可能会有classe3.dex 等等） 。主dex至少含有main-list 的classes + 直接依赖classes ，使用mini-main-list参数可以仅仅包含刚才说的classes。
    关于写分析脚本的思路是：直接使用mini-main-list参数获取build目录下的main-list文件，这样manifest声明的类和他们的直接依赖类搞定的了，那后者的直接依赖类怎么解？这些在dvk runtime也是必须的classes。一个思路是解析class文件获得该class的依赖类。还一个思路是自己使用Dexclassloader 加载dex，然后hook getClass()方法，调用一次就记录一个。都挺折腾的。

  • 2..由于历史客观原因，公司项目在维护的App的manifest注册的组件的那些类，承载业务太多，依赖很多三方jar，导致直接依赖类非常多，而且短时间内无法梳理精简，没办法mini化主dex。

  • 3..Application的启动入口太多。。。
    Appication初始化未必是由launcher Activity的启动触发，还有可能是因为Service ，Receiver ，ContentProvider 的启动。 靠拦截重写Instrumentation execStartActivity 解决不了问题。要为 Service ，Receiver ，ContentProvider 分别写基类，然后在oncreate()里判断是否要异步加载secondary.dex。如果需要，弹出Loading Acitvity？用户看到这个会感觉比较怪异。

结合自身App的实际情况来看美团的拆包方案虽然很美好然但是不能照搬啊。此时此刻,我的心情是拔凉拔凉的!┭┮﹏┭┮

第四回合 换一种思路解决

考虑到前面的种种困难, 还是不要写分析脚本了吧。。毕竟投入产出严重失衡啦~~现在我们的问题变成了:既希望在Application的attachContext（）方法里同步加载secondary.dex，又不希望卡住UI线程。如果思路限制在线程异步化上，确实不可能实现。

对此, FB的解决思路特别赞，让Launcher Activity在另外一个进程启动！当然这个Launcher Activity就是用来load dex 的 ，load完成就启动Main Activity。
app在安装完成之后第一次启动时，是secondary.dex的dexopt花费了更多的时间,认识到这点非常重要，使得问题又转化为：在不阻塞UI线程的前提下，完成dexopt，以后都不需要再次dexopt，所以可以在UI线程install dex 了！

因此,以下给出对FB解决方案的改进版:
先来看一下解决问题的思路流程图:

MultiDex解决方案

上最终解决问题版的代码！

  • 在Application里面(这里不要再继承自MultiApplication了，我们要手动加载Dex):
import java.util.Map;
import java.util.jar.Attributes;
import java.util.jar.JarFile;
import java.util.jar.Manifest;

public class App extends Application {
    // 标记
    public static final String KEY_DEX2_SHA1 = "dex2-SHA1-Digest";
    @Override
    protected void attachBaseContext(Context base) {
        super .attachBaseContext(base);
        LogUtils.d( "loadDex", "App attachBaseContext ");
        //版本在5.0以下并且未执行过dexopt
        if (!quickStart() && Build.VERSION.SDK_INT < Build.VERSION_CODES.LOLLIPOP) {//>=5.0的系统默认对dex进行oat优化
            if (needWait(base)){ // 需要等待
                waitForDexopt(base); // 等待
            }
            MultiDex.install (this );
        } else {
            return;
        }
    }

    @Override
    public void onCreate() {
        super .onCreate();
        if (quickStart()) {
            return;
        }
        ...
    }

    // 是否执行过dexopt
    public boolean quickStart() {
        if (StringUtils.contains( getCurProcessName(this), ":mini")) {
            LogUtils.d( "loadDex", ":mini start!");
            return true;
        }
        return false ;
    }
    //是否需要等待dexopt完成
    private boolean needWait(Context context){
        String flag = get2thDexSHA1(context);
        LogUtils.d( "loadDex", "dex2-sha1 "+flag);
        SharedPreferences sp = context.getSharedPreferences(
                PackageUtil.getPackageInfo(context). versionName, MODE_MULTI_PROCESS);
        String saveValue = sp.getString(KEY_DEX2_SHA1, "");
        return !StringUtils.equals(flag,saveValue);
    }
    /**
     * Get classes.dex file signature
     * @param context
     * @return
     */
    private String get2thDexSHA1(Context context) {
        ApplicationInfo ai = context.getApplicationInfo();
        String source = ai.sourceDir;
        try {
            JarFile jar = new JarFile(source);
            Manifest mf = jar.getManifest();
            Map<String, Attributes> map = mf.getEntries();
            Attributes a = map.get("classes2.dex");
            return a.getValue("SHA1-Digest");
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        return null ;
    }
    // optDex 操作完成
    public void installFinish(Context context){
        SharedPreferences sp = context.getSharedPreferences(
                PackageUtil.getPackageInfo(context).versionName, MODE_MULTI_PROCESS);
        sp.edit().putString(KEY_DEX2_SHA1,get2thDexSHA1(context)).commit();
    }
    // 获取当前进程名字
    public static String getCurProcessName(Context context) {
        try {
            int pid = android.os.Process.myPid();
            ActivityManager mActivityManager = (ActivityManager) context
                    .getSystemService(Context. ACTIVITY_SERVICE);
            for (ActivityManager.RunningAppProcessInfo appProcess : mActivityManager
                    .getRunningAppProcesses()) {
                if (appProcess.pid == pid) {
                    return appProcess. processName;
                }
            }
        } catch (Exception e) {
            // ignore
        }
        return null ;
    }

    // 等待 进入LoadDexActivity 
    public void waitForDexopt(Context base) {
        Intent intent = new Intent();
        ComponentName componentName = new
                ComponentName( "com.zongwu", LoadResActivity.class.getName());
        intent.setComponent(componentName);
        intent.addFlags(Intent.FLAG_ACTIVITY_NEW_TASK);
        base.startActivity(intent);
        long startWait = System.currentTimeMillis ();
        long waitTime = 10 * 1000 ;
        if (Build.VERSION.SDK_INT < Build.VERSION_CODES.HONEYCOMB_MR1 ) {
            waitTime = 20 * 1000 ;//实测发现某些场景下有些2.3版本有可能10s都不能完成optdex
        }
        while (needWait(base)) {
            try {
                long nowWait = System.currentTimeMillis() - startWait;
                LogUtils.d("loadDex" , "wait ms :" + nowWait);
                if (nowWait >= waitTime) {
                    return;
                }
                Thread.sleep(200 );
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

其中PackageUtil的方法getPackageInfo

 public static PackageInfo getPackageInfo(Context context){
        PackageManager pm = context.getPackageManager();
        try {
            return pm.getPackageInfo(context.getPackageName(), 0);
        } catch (PackageManager.NameNotFoundException e) {
            LogUtils.e(e.getLocalizedMessage());
        }
        return  new PackageInfo();
    }

在Application启动的时候会检测dexopt是否已经完成过，（检测方式是查看sp文件是否有dex文件的SHA1-Digest记录，这里要两个进程读取该sp,读取模式是MODE_MULTI_PROCESS）。如果没有就启动LoadDexActivity(属于：mini进程) 。否则就直接install dex ！对，直接install。通过日志发现，已经dexopt的dex文件再次install的时候 只耗费几十毫秒。

  • LoadDexActivity 的逻辑比较简单，启动AsyncTask 来install dex 这时候会触发dexopt 。
public class LoadResActivity extends Activity {
    @Override
    public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        requestWindowFeature(Window.FEATURE_NO_TITLE);
        super .onCreate(savedInstanceState);
        getWindow().setFlags(WindowManager.LayoutParams.FLAG_FULLSCREEN , WindowManager.LayoutParams.FLAG_FULLSCREEN );
        overridePendingTransition(R.anim.null_anim, R.anim.null_anim);
        setContentView(R.layout.layout_load);      
        // 执行dexopt操作
        new LoadDexTask().execute();
    }
    class LoadDexTask extends AsyncTask {
        @Override
        protected Object doInBackground(Object[] params) {
            try {
                MultiDex.install(getApplication());
                LogUtils.d("loadDex" , "install finish" );
                ((App) getApplication()).installFinish(getApplication());
            } catch (Exception e) {
                LogUtils.e("loadDex" , e.getLocalizedMessage());
            }
            return null;
        }
        @Override
        protected void onPostExecute(Object o) {
            LogUtils.d( "loadDex", "get install finish");
            finish();
            System.exit(0); // 退出当前进程
        }
    }
    @Override
    public void onBackPressed() {
        //cannot backpress
    }
  • Manifest.xml 里面指定LoadResActivity启动模式和运行进程
<activity
    android:name= "com.zongwu.LoadResActivity"
    android:launchMode= "singleTask"
    android:process= ":mini"
    android:alwaysRetainTaskState= "false"
    android:excludeFromRecents= "true"
    android:screenOrientation= "portrait" />

<activity
    android:name= "com.zongwu.WelcomeActivity"
    android:launchMode= "singleTop"
    android:screenOrientation= "portrait">
    <intent-filter >
        <action android:name="android.intent.action.MAIN"/>
        <category android:name="android.intent.category.LAUNCHER"/>
    </intent-filter >
</activity>

替换Activity默认的出现动画 R.anim.null_anim 文件的定义：

<set xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android">
    <alpha
        android:fromAlpha="1.0"
        android:toAlpha="1.0"
        android:duration="550"/>
</set>

application启动了LoadDexActivity之后，自身不再是前台进程所以怎么hold 线程都不会ANR。Perfect ！！！

总结~~

OK. Multidex使用过程中遇到的坑,总算是完美解决了。感谢cctv...

  • MultiDex的问题难点在：要持续解决好几个bug才能最终解决问题。进一步的，想要仔细分辨且解决这些bug，就必须持续探索一些关联性的概念和原理。

  • 耗费了这么多时间来解决了Android系统的缺陷是不是有点略伤心。这不应该是Google给出一个比较彻底的解决方案吗？

  • 时间不早了, 我该睡觉了~~ O(∩_∩)O哈哈~

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