淺談Android打包流程

做爲個Android developer ，對APK（AndroidPackage）想必是再熟悉不過的了。咱們在 Gradle 中點擊下 build 或者經過命令行 gradlew tasks，AndroidStudio 就會開始執行構建流程，最終輸出APK文件。 這件事我常常幹，也習覺得常了，可是有時也會偶爾想一想，那一串串代碼是如何變成 apk 的呢，期間經歷了那些流程呢？

構建流程總覽

先放張官網的構建流程圖

典型 Android 應用模塊的構建流程一般依循下列步驟：

1.編譯器將您的源代碼轉換成 DEX（Dalvik Executable) 文件（其中包括 Android 設備上運行的字節碼），將全部其餘內容轉換成已編譯資源。

2.APK 打包器將 DEX 文件和已編譯資源合併成單個 APK。 不過，必須先簽署 APK，才能將應用安裝並部署到 Android 設備上。

3.APK 打包器使用調試或發佈密鑰庫簽署您的 APK：

    a.若是您構建的是調試版本的應用（即專用於測試和分析的應用），打包器會使用調試密鑰庫簽署您的應用。 Android Studio 自動使用調試密鑰庫配置新項目。

    b.若是您構建的是打算向外發佈的發佈版本應用，打包器會使用發佈密鑰庫簽署您的應用。 要建立發佈密鑰庫，請閱讀在 Android Studio 中籤署您的應用。

4.在生成最終 APK 以前，打包器會使用 zipalign 工具對應用進行優化，減小其在設備上運行時佔用的內存。 
複製代碼

官網給出的流程圖仍是比較抽象的，不少細節都隱藏了，如下是Google官方發佈的一張很是經典的Apk打包流程圖。接下來會將基於下圖的流程進行簡單分析。

1. 打包資源文件

資源文件（res文件夾下的文件）經過 AAPT（Android Asset Packaging Tool）打包生成R.java類（資源索引表）以及.arsc資源文件。

通過aapt生成的R文件佔4個字節

public static final int design_appbar_state_list_animator=0x7f020000;

• 第一位字節0x7f表示packageID,用來限定資源的來源。系統資源包是ox01，SharedLibrary類型資源包是0x00， 普通App包則是0x7f；
• 次一位字節02表示typeID，用來表示資源類型，如drawable、layouts、anims、color、menu等；
• 後2字節0000表示EvtryID，指的是每個資源在對應的TypID中出現的順序。

aapt生成的.arsc資源文件對應咱們將apk解壓（apk本質是一個zip壓縮包）獲得的Resources.arsc，它實際上就是App的資源索引表。簡單來講，經過R.java文件與Resources.arsc就能夠定位到資源的內存地址。感興趣的能夠看看這篇博客

aapt 編譯源碼的入口在 frameworks/base/tools/aapt/Main.cpp ，其中對 assert文件夾路徑、res文件夾路徑、AndroidManifest文件等會採起不一樣的策略

對asset目錄下的資源不進行編譯，assets目錄下的資源會被原封不動的打入apk中，也就是說assets不會被壓縮；aapt會對res下drawable資源進行壓縮處理（raw目錄下除外）

aapt將文本xml資源文件編譯成二進制資源文件的方法buildResources函數在frameworks/base/tools/aapt/Resource.cpp 能夠找到，這裏着重關注了下overlay特性。

overlay是android中用來處理編譯時替換資源的一種方式。好比說咱們經過 aapt -S 命令指定了一個res路徑res1，這時候咱們再使用 -S 命令指定另外一個res路徑res2，若是res1 和res2 下的values/string.xml 都有對同一個String ID ，最後只會使用前面的（res1）描述。能夠理解爲overlay會以最早定義的路徑做爲基準包。

有一種狀況，假如咱們在res2下定義了一個資源Sting a，可是基準包沒有定義它，那麼就會報錯，這時候就能夠須要加入 --auto-add-overlay，把新的資源都添加進去。

如下是aapt源碼中會進行buildResources的流程

status_t buildResources(Bundle* bundle, const sp<AaptAssets>& assets, sp<ApkBuilder>& builder)
{
    // First, look for a package file to parse.  This is required to
    // be able to generate the resource information.
    sp<AaptGroup> androidManifestFile =
            assets->getFiles().valueFor(String8("AndroidManifest.xml"));
    if (androidManifestFile == NULL) {
        fprintf(stderr, "ERROR: No AndroidManifest.xml file found.\n");
        return UNKNOWN_ERROR;
    }
    status_t err = parsePackage(bundle, assets, androidManifestFile);
    if (err != NO_ERROR) {
        return err;
    }
    
    ...
    // apply the overlay files to the base set
    if (!applyFileOverlay(bundle, assets, &drawables, "drawable") ||
            !applyFileOverlay(bundle, assets, &layouts, "layout") ||
            !applyFileOverlay(bundle, assets, &anims, "anim") ||
            !applyFileOverlay(bundle, assets, &animators, "animator") ||
            !applyFileOverlay(bundle, assets, &interpolators, "interpolator") ||
            !applyFileOverlay(bundle, assets, &transitions, "transition") ||
            !applyFileOverlay(bundle, assets, &xmls, "xml") ||
            !applyFileOverlay(bundle, assets, &raws, "raw") ||
            !applyFileOverlay(bundle, assets, &colors, "color") ||
            !applyFileOverlay(bundle, assets, &menus, "menu") ||
            !applyFileOverlay(bundle, assets, &fonts, "font") ||
            !applyFileOverlay(bundle, assets, &mipmaps, "mipmap")) {
        return UNKNOWN_ERROR;
    }
    ...
    //preProcess & makeFileResources
    ...
   // compile resources
   // Finally, we can now we can compile XML files
   
 }
    
複製代碼

在Gradle中能夠經過aaptOptions的DSL來對aapt進行配置，在 Android.mk語法中則有LOCAL_AAPT_FLAGS配置項

這裏只是對aapt流程簡單的說明了下，具體的細節仍是蠻多的，從xml解析到具體類型的編譯流程、到二進制Manifest生成等細節都未展開，因爲本人c++能力有限，不少東西也沒看懂，也就不誤人子弟了。

2. 處理 aidl files

若是有aidl文件，會經過aidl工具（源碼位於system/tools/aidl）打包成java接口類

AIDL(Android Interface Definition Language)，是Android接口定義語言。目的是爲了方便實現進程間通訊，尤爲是在涉及多進程併發狀況下的進程間通訊。它的本質是對Binder通訊的封裝，對Binder通訊感興趣的同窗能夠看看Gityuan的Binder系列文章完全理解Android Binder通訊架構

3. 編譯（Compilers）

R.java+工程源碼+aidl.java經過javac生成.class文件。

Javac 編譯過程大體能夠分爲3個階段

• 解析與填充符號表過程

  解析的步驟包括詞法分析與語法分析兩個過程

  詞法分析是將源代碼的字符串流轉變爲標記（Token）集合，單個字符是程序編寫過程的最小元素，而標記是編譯過程的最小元素。關鍵字、變量名、運算符等均可以成爲標記

  語法分析是根據 Token 序列構造抽象語法樹的過程，抽象語法樹是一種用來描述程序代碼語法結構的樹形表示方式，語法樹的每個節點都表明程序中的一個語法結構，如包、類型、修飾符、接口等

• 插入式註解處理器的註解處理過程

  插入式註解處理器，能夠讀取、修改、添加抽象語法樹中的任意元素。Android中的APT（Annotation Processing Tool）就是在這個階段工做的。

• 語義分析與字節碼生成過程

  語法分析後，編譯器得到了程序代碼的抽象語法樹表示，語法樹能表示一個結構正確的源程序抽象，可是沒法保證源程序是符合邏輯的。而語義分析主要是對結構正確的進行上下文有關性質的審查。語義分析通常要經歷標註檢查、數據及控制流分析、解語法糖等過程，而後纔會走到javac編譯的最後一個階段：字節碼生成。大體流程以下：

  標註檢查 -> 數據及控制流分析 -> 解語法糖 -> 字節碼生成

Javac 編譯動做的入口是 com.sun.tools.javac.main.JavaCompiler類，主要邏輯集中在 compile（）和 compile2（）方法中，感興趣的能夠去看看

4. dex（生成dex文件）

源碼.class文件和第三方jar或者library經過dx工具打包成dex文件。

上面生成的 .class 文件雖然已經能夠在 JVM 環境中運行，可是若是要在 Android 運行時環境中執行還須要特殊的處理，那就是 dx 處理，它會對 .class 文件進行翻譯、重構、解釋、壓縮等操做。

關於dex的操做，咱們瞭解最多的可能就是 Tinker 的熱修復方案了，Tinker 的基本思想是利用雙親委派原則，將patch的相關dex放在數組前端，保證classloader先到patch中查找加載。若是想要對細節更一步瞭解，如如何保證資源id不變，資源Diff是怎麼作的，對dex文件格式有所瞭解是必不可少的。關於dex的文件格式，官網有詳細介紹，這裏就不作說明了。

AndroidStudio有提供 proguard、D八、R8等工具來處理這一流程。Android 還會針對 Dalvik 虛擬機和 Art 虛擬機對dex進行優化

• dexopt 是對 dex 文件 進行 verification 和 optimization 的操做，其對 dex 文件的優化結果變成了 odex 文件，這個文件和 dex 文件很像，只是使用了一些優化操做碼（譬如優化調用虛擬指令等）。

• dex2oat 是對 dex 文件的 AOT 提早編譯操做，其須要一個 dex 文件，而後對其進行編譯，結果是一個本地可執行的 ELF 文件，能夠直接被本地處理器執行。

5. apkbuilder（生成未簽名apk）

apkbuilder工具會將全部沒有編譯的資源、.arsc資源、.dex文件打包到一個完成apk文件中

6. Jarsigner（簽名）

jarsigner工具會對未簽名的apk驗證簽名。獲得一個簽名後的apk（signed.apk）

能夠經過在命令行中輸入jarsigner來獲取詳情信息，若是沒有特殊需求，使用下面命令便可完成簽名

jarsigner -verbose -keystore [私鑰存放路徑] -signedjar [簽名後文件存放路徑] [未簽名的文件路徑] [您的證書名稱]

7. zipalign（對齊）

zipAlign工具對6中的signed.apk進行對齊處理

所謂對齊，主要過程是將APK包中全部的資源文件距離文件起始偏移爲4字節整數倍，這樣經過內存映射訪問apk文件時的速度會更快。對齊的做用主要是爲了減小運行時內存的使用。

工具列表

名稱	功能介紹	路徑
aapt	Android資源打包工具	${ANDROID_SDK_HOME}/platform-tools/appt
aidl	Android接口描述語言轉化爲.java文件的工具	${ANDROID_SDK_HOME}/platform-tools/aidl
javac	Java Compiler	${JDK_HOME}/javac
dex	轉化.class文件爲Davik VM能識別的.dex文件	${ANDROID_SDK_HOME}/platform-tools/dx
apkbuilder	生成apk包	${ANDROID_SDK_HOME}/tools/opkbuilder
jarsigner	.jar文件的簽名工具	${JDK_HOME}/jarsigner
zipalign	字節碼對齊工具	${ANDROID_SDK_HOME}/tools/zipalign