DVM执行 java 程序的工具

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。
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。
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：

编译成二进制文件：javac Demo.java
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:

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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