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标题: 由Android 65K方法数限制引发的思考 [打印本页]
作者: xman 时间: 2016-3-14 21:38
标题: 由Android 65K方法数限制引发的思考
前言没想到,65536真的很小。
- Unable to execute dex: method ID not in [0, 0xffff]: 65536
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PS:本文只是纯探索一下这个65K的来源,仅此而已。
到底是65k还是64k?都没错,同一个问题,不同的说法而已。
65536按1000算的话,是65k ~ 65 1000;
65536按1024算的话,是64k = 64 1024。
重点是65536=2^16,请大家记住这个数字。
时间点从大家的经历和这篇文章:
来看,这个错误是发生在构建时期。
65536是怎么算出来的?65536网上众说纷纭,有对的,有不全对的,也有错的。下面将跟踪最新的AOSP源码来顺藤摸瓜,但是探索问题必然迂回冗余,仅作记录,读者可直接跳过看结果。
1. 首先,查找Dex的结构定义。- /*
- * Direct-mapped "header_item" struct.
- */
- struct DexHeader {
- u1 magic[8];
- u4 checksum;
- u1 signature[kSHA1DigestLen];
- u4 fileSize;
- u4 headerSize;
- u4 endianTag;
- u4 linkSize;
- u4 linkOff;
- u4 mapOff;
- u4 stringIdsSize;
- u4 stringIdsOff;
- u4 typeIdsSize;
- u4 typeIdsOff;
- u4 protoIdsSize;
- u4 protoIdsOff;
- u4 fieldIdsSize;
- u4 fieldIdsOff;
- u4 methodIdsSize; // 这里存放了方法字段索引的大小,methodIdsSize的类型为u4
- u4 methodIdsOff;
- u4 classDefsSize;
- u4 classDefsOff;
- u4 dataSize;
- u4 dataOff;
- };
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u4的类型定义如下:
- /*
- * These match the definitions in the VM specification.
- */
- typedef uint8_t u1;
- typedef uint16_t u2;
- typedef uint32_t u4;
- typedef uint64_t u8;
- typedef int8_t s1;
- typedef int16_t s2;
- typedef int32_t s4;
- typedef int64_t s8;
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进一步推出,methodIdsSize的类型是uint32_t,但它的限制为2^32 = 65536 * 65536,比65536大的多。
所以,65k不是dex文件结构本身限制造成的。
PS:Dex文件中存储方法ID用的并不是short类型,无论最新的DexFile.h新定义的u4是uint32_t,还是老版本DexFile引用的vm/Common.h里定义的u4是uint32或者unsigned int,都不是short类型,特此说明。
2. DexOpt优化造成?这个说法源自:
当Android系统启动一个应用的时候,有一步是对Dex进行优化,这个过程有一个专门的工具来处理,叫DexOpt。DexOpt的执行过程是在第一次加载Dex文件的时候执行的。这个过程会生成一个ODEX文件,即Optimised Dex。执行ODex的效率会比直接执行Dex文件的效率要高很多。但是在早期的Android系统中,DexOpt有一个问题,也就是这篇文章想要说明并解决的问题。DexOpt会把每一个类的方法id检索起来,存在一个链表结构里面。但是这个链表的长度是用一个short类型来保存的,导致了方法id的数目不能够超过65536个。当一个项目足够大的时候,显然这个方法数的上限是不够的。尽管在新版本的Android系统中,DexOpt修复了这个问题,但是我们仍然需要对老系统做兼容。
鉴于我能力有限,没有找到这块逻辑对应的代码。
但我有个疑问,这个限制是在Android启动一个应用的时候发生的,但从前面的“时间点”章节,65k问题是在构建的时候就发生了,还没到启动或者运行这一步。
我不敢否定这种说法,但说明65k至少还有其他地方限制。
3. DexMerger的检测只能在dalvik目录下搜索关键字”methid ID not in”,在DexMergger里找到了抛出异常的地方:
- /**
- * Combine two dex files into one.
- */
- public final class DexMerger {
- private void mergeMethodIds() {
- new IdMerger<MethodId>(idsDefsOut) {
- @Override TableOfContents.Section getSection(TableOfContents tableOfContents) {
- return tableOfContents.methodIds;
- }
- @Override MethodId read(Dex.Section in, IndexMap indexMap, int index) {
- return indexMap.adjust(in.readMethodId());
- }
- @Override void updateIndex(int offset, IndexMap indexMap, int oldIndex, int newIndex) {
- if (newIndex < 0 || newIndex > 0xffff) {
- throw new DexIndexOverflowException(
- "method ID not in [0, 0xffff]: " + newIndex);
- }
- indexMap.methodIds[oldIndex] = (short) newIndex;
- }
- @Override void write(MethodId methodId) {
- methodId.writeTo(idsDefsOut);
- }
- }.mergeSorted();
- }
- }
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这里定义了indexMap的methodIds的单项值要强转short,所以在存放之前check一下范围是不是0 ~ 0xffff。我们看看IndexMap的定义:
- /**
- * Maps the index offsets from one dex file to those in another. For example, if
- * you have string #5 in the old dex file, its position in the new dex file is
- * {@code strings[5]}.
- */
- public final class IndexMap {
- private final Dex target;
- public final int[] stringIds;
- public final short[] typeIds;
- public final short[] protoIds;
- public final short[] fieldIds;
- public final short[] methodIds;
- // ... ...
- }
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看上去是对了,可是这个DexMerger是合并两个dex的,默认情况下我们只有一个dex的,那么这个65k是哪里限制的呢?再查!
4. 回归DexFile基本上前面基本是一个摸着石头过河、反复验证网络说法的一个过程,虽然回想起来傻傻的,但是这种记录还是有必要的。
前面看到DexFile的存放方法数大小的类型是uint32,但是根据后面的判断,我们确定是打包的过程中产生了65k问题,所以我们得回过头老老实实研究一下dx的打包流程。
… 此处省略分析流程5000字 …
OK,我把dx打包涉及到流程记录下来:
- // 源码目录:dalvik/dx
- // Main.java
- -> main() -> run() -> runMonoDex()(或者runMultiDex()) -> writeDex()
- // DexFile
- -> toDex() -> toDex0()
- // MethodIdsSection extends MemberIdsSection extends UniformItemSection extends Section
- -> prepare() -> prepare0() -> orderItems() -> getTooManyMembersMessage()
- // Main.java
- -> getTooManyIdsErrorMessage()
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最终狐狸的尾巴是在MemberIdsSection漏出来了:
- package com.android.dx.dex.file;
- import com.android.dex.DexException;
- import com.android.dex.DexFormat;
- import com.android.dex.DexIndexOverflowException;
- import com.android.dx.command.dexer.Main;
- import java.util.Formatter;
- import java.util.Map;
- import java.util.TreeMap;
- import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;
- /**
- * Member (field or method) refs list section of a {@code .dex} file.
- */
- public abstract class MemberIdsSection extends UniformItemSection {
- /**
- * Constructs an instance. The file offset is initially unknown.
- *
- * @param name {@code null-ok;} the name of this instance, for annotation
- * purposes
- * @param file {@code non-null;} file that this instance is part of
- */
- public MemberIdsSection(String name, DexFile file) {
- super(name, file, 4);
- }
- /** {@inheritDoc} */
- @Override
- protected void orderItems() {
- int idx = 0;
- if (items().size() > DexFormat.MAX_MEMBER_IDX + 1) {
- throw new DexIndexOverflowException(getTooManyMembersMessage());
- }
- for (Object i : items()) {
- ((MemberIdItem) i).setIndex(idx);
- idx++;
- }
- }
- private String getTooManyMembersMessage() {
- Map<String, AtomicInteger> membersByPackage = new TreeMap<String, AtomicInteger>();
- for (Object member : items()) {
- String packageName = ((MemberIdItem) member).getDefiningClass().getPackageName();
- AtomicInteger count = membersByPackage.get(packageName);
- if (count == null) {
- count = new AtomicInteger();
- membersByPackage.put(packageName, count);
- }
- count.incrementAndGet();
- }
- Formatter formatter = new Formatter();
- try {
- String memberType = this instanceof MethodIdsSection ? "method" : "field";
- formatter.format("Too many %s references: %d; max is %d.%n" +
- Main.getTooManyIdsErrorMessage() + "%n" +
- "References by package:",
- memberType, items().size(), DexFormat.MAX_MEMBER_IDX + 1);
- for (Map.Entry<String, AtomicInteger> entry : membersByPackage.entrySet()) {
- formatter.format("%n%6d %s", entry.getValue().get(), entry.getKey());
- }
- return formatter.toString();
- } finally {
- formatter.close();
- }
- }
- }
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里面有一段:
- // 如果方法数大于0xffff就提示65k错误
- if (items().size() > DexFormat.MAX_MEMBER_IDX + 1) {
- throw new DexIndexOverflowException(getTooManyMembersMessage());
- }
- // 这个DexFormat.MAX_MEMBER_IDX就是0xFFFF
- /**
- * Maximum addressable field or method index.
- * The largest addressable member is 0xffff, in the "instruction formats" spec as field@CCCC or
- * meth@CCCC.
- */
- public static final int MAX_MEMBER_IDX = 0xFFFF;
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至此,真相大白!
5. 根本原因为什么定义DexFormat.MAX_MEMBER_IDX为0xFFFF?
虽然我们找到了65k报错的地方,但是为什么程序中方法数超过0xFFFF就要报错呢?
通过搜索”instruction formats”, 我最终查到了Dalvik VM Bytecode,找到最新的官方说明:
里面说明了上面的@CCCC的范围必须在0~65535之间,这是dalvik bytecode的限制。
所以,65536是bytecode的16位限制算出来的:2^16。
PS:以上分析得到群里很多朋友的讨论和帮忙。
6. 回顾我好像明白了什么:
- 65k问题是dx打包单个Dex时报的错,所以只要用dx打包单个dex就可能有这个问题。
- 不仅方法数,字段数也有65k问题。
- 目前来说,65k问题和系统无关。
- 目前来说,65k问题和art无关。
- 即使分包MultiDex,当主Dex的方法数超过65k依然会报错。
- MultiDex方案不是从根本上解决了65k问题,但是大大缓解甚至说基本解决了65k问题。
新的Jack能否解决65k问题?据说Jack的方式把class打包成.jack文件。所以我认为,Jack具备解决65k问题的条件:
- 打包:新的jack文件肯定是抛弃了dalvik的兼容性,这也注定咱们这两年可能还用不了。
- 虚拟机:完全采用新的ART虚拟机,把class转化成本地机器码,就能避开dalvik bytecode的16位限制。
- 上面两条属于废话,说白了,完全不用dalvik虚拟机了,同时也就完全不用dx了,如此,当然就不存在65k问题了。
以上纯属我个人推测,一切以科学分析为准。
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