明月笑刀无情
2018-10-14 20:32:50浏览 989
前言
没想到，65536真的很小。
Unable to execute dex: method ID not in [0, 0xffff]: 65536
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：
http://source.android.com/devices/tech/dalvik/dalvik-bytecode.html
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。
[代码]java代码：
?
01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 | /*
* 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;
};
|
u4的类型定义如下：
[代码]java代码：
?
01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 | /*
* 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;
|
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：
[代码]java代码：
?
01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 | /**
* 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();
}
}</methodid>
|
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：
[代码]java代码：
?
01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 | /**
* 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;
// ... ...
}
|
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：
[代码]java代码：
?
1 2 3 4 5 6 7 8 9 | // 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()
|
最终狐狸的尾巴是在MemberIdsSection漏出来了：
[代码]java代码：
?
01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 | 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();
}
}
}</string,></string,></string,>
|
里面有一段：
[代码]java代码：
?
01 02 03 04 05 06 07 08 09 10 11 12 | // 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;
|
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：
https://source.android.com/devices/tech/dalvik/dalvik-bytecode.html
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：
1. 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。
2. 不仅方法数，字段数也有65k问题。
3. 目前来说，65k问题和系统无关。
4. 目前来说，65k问题和art无关。
5. 即使分包MultiDex，当主Dex的方法数超过65k依然会报错。
6. 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：
1. 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。
2. 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。
3. 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。
原文链接：http://www.apkbus.com/blog-705730-60618.html