【朝花夕拾】Android性能篇之（四）Apk打包

前言

        轉載請聲明，轉自【http://www.javashuo.com/article/p-wlbnlznl-gm.html】，謝謝！

        APK，即Android Package，是將android程序和資源整合在一塊兒，造成的一個.apk文件。相信全部的Android程序員是在IDE的幫助下，完成打包垂手可得，但對打包流程真正清楚的可能並很少。本章的內容比較簡單，也是很是基礎的內容，可是對理解android應用的結構卻有很大的幫助。筆者寫這篇文章的目的，一方面是爲了彌補這方面的盲點，回顧和梳理apk打包方面的理論知識點；第二方面，是爲了給後續寫Android虛擬機知識作鋪墊，進而去研究android的性能優化，這也是把這篇文章放到Android性能優化系列文章當中的緣由；第三方面，也是爲了方便讀者理解Android虛擬機的相關內容。

       對於在IDE，如Android Studio上操做打包的過程，本文不作演示，對於更深刻的源碼分析，也不在本文討論之列，出於前面說到的緣由，本文只簡單闡述其打包流程，本文主要內容以下：

         

 

1、apk構建流程圖

     如下截圖爲Google官方提供的詳細的apk構建過程圖，其中包含了各個環節所用到的工具和中間相關的文件。

                

                         apk構建過程（綠色部分爲對應環節工具，藍色部分爲相關文件）

 

2、構建過程當中所用工具

        以下截圖展現了apk構建過程當中所使用的部分工具，這些工具大部分都在sdk/build-tools/文件夾下：

                 

                  

                    代碼混淆所用工具

                 

                                   打包所用工具所在的jar包

3、apk打包流程詳解

       依據如上的流程圖和工具圖，下面我們按照流程順序對其進行講解。

  一、aapt打包資源

• 工具：aapt（Android Asset Package Tool Android資源打包工具）
• 工具路徑：sdkpath/build-tools/版本號/aapt.exe和aapt2.exe
• 輸入：Android資源文件、AndroidManifest.xml
• 輸出： R.java類、二進制的resource.arsc，res文件夾（包括二進制的xml、沒被改變的圖片和res/raw文件）、二進制的AndroidManifest.xml文件、沒有改變的assets文件夾。

        Android的資源文件包含了兩類：1）assets類資源。該類資源放在工程目錄的assets根目錄下，存放一些原始文件，這些文件不會被編譯爲二進制文件，而是被原封不動地打包在apk文件中，一樣也不能經過資源ID來查找，不保存在R文件中。2）res類資源，10種目錄。這類資源保存在工程目錄中的res目錄下，包含了animator（屬性動畫資源）、anim（補間動畫資源）、color（對象顏色狀態選擇資源）、drawable（xml或Bitmap文件的圖像資源）、layout（佈局文件資源）、menu（程序菜單資源）、mipmap（圖標資源，推薦閱讀：drawable與mipmap的區別）、raw（不被編譯成二進制文件的資源，注意和assets資源的區別，推薦閱讀：assets和raw的區別）、values（6種不一樣的值：數組arrays.xml、顏色值colors.xml、尺寸dimens.xml、字符串strings.xml和樣式值styles.xml）、xml（描述應用程序配置信息的資源）。

       以下截圖展現了R.java的內容，其中包含了各類靜態內部類，分別對應了某種資源的類型。

       

                            R.java結構圖

      以R.string類爲例，其中展現了字符串名稱對應的id值，就是對應在res/values文件夾下，string字符串資源。

      

                                                                    R.string結構圖

        推薦閱讀：apk打包安裝過程

  二、aidl生成跨進程通訊的java文件

• 工具：aidl（Android Interface Definition Language安卓接口定義語言）
• 工具路徑：sdkpath/build-tools/版本號/aidl.exe
• 輸入：aidl後綴的文件，位於工程項目src/main/aidl目錄下
• 輸出：可用於進程間通訊的C/S端java代碼，位於build/generated/source/aidl

          

                                       工程項目中的aidl原始文件

          

                                       aidl工具處理後生成的java文件

  三、Java編譯源碼

• 工具：javac.exe
• 工具路徑：jdk/bin/javac.exe
• 輸入：java source文件夾、aapt中生成的R.java文件、aidl生成的java文件、BuildConfig.java文件
• 輸出：對於gradle編譯，生成的class文件保存在build/intermediates/classes裏

         

                               BuildConfig.java和R.java文件

         

                                              輸出的class文件

  四、proguard代碼混淆

        完成javac編譯以後，通常還會對其進行代碼的混淆，其實就是相似於加密的功能，做用就是增長反編譯的難度，同時也將一些代碼的命名進行了縮短，減小代碼佔用的空間。推薦閱讀：Android代碼混淆零基礎入門。

• 工具：ProGuard
• 工具路徑：sdk/tools/proguard/bin/proguard.bat
• 輸入：被編譯過的class文件、混淆配置文件proguard-rules.pro
• 輸出：被混淆過的.class文件、混淆先後映射文件

         

  五、將全部.class文件轉化爲classes.dex文件

• 工具：dx.bat
• 工具路徑：sdkpath/build-tools/版本號/dx.bat
• 輸入：編譯後生成的全部.class文件、第三方庫和.class文件
• 輸出：能夠在Android虛擬機上使用的.dex文件

       調用dx.bat將全部的class文件轉化爲classes.dex文件，將二進制碼轉化爲Android虛擬機（Android4.4之前虛擬機是Dalvik，4.4上是Dalvik和ART能夠切換、Android5.0及之後是ART）上的字節碼、生成常量池、消除冗餘數據等。因爲Android虛擬機是一種針對嵌入式設備而特殊設計的java虛擬機，全部dex文件與標準的class文件在結構設計上有着很大的區別，當javac將java程序編譯成class後，dx工具將全部的class文件整合到一個dex文件中，這樣作使得各個類可以共享數據，在必定程度上下降了容易，同時也使文結構更加緊湊，實驗代表，dex文件時傳統jar文件的50%左右。class文件結構和dex文件結構比對以下（該部分還會在後文講Android虛擬機時提到）：

           

                     .class文件和.dex文件結構對比圖

  六、apkbuilder打包生成apk

• 工具：ApkBuilder類
• 工具路徑：sdkpath/tools/lib/sdklib_xxx.jar
• 輸入：上一步生成的classes.dex文件，aapt時生成的resources.arsc、被編譯後的res文件夾、AndroidManifest.xml，Other Resouces（assets文件夾）
• 輸出：.apk文件(Android Package)

  七、對apk進行簽名

• 工具：apksigner.bat
• 工具路徑：sdkpath/build-tools/版本號/apksigner.bat
• 輸入：上一步中生成的.apk文件、簽名文件（Debug or Release Keystore）
• 輸出：簽名後的.apk文件

      簽名是一個apk身份的證實，Android系統在安裝apk的時候，首先會檢驗apk的簽名，若是發現簽名文件不存在或者校驗簽名失敗，就會拒絕安裝。對一個apk文件簽名後，apk文件根目錄下回增長META-INF目錄，該目錄下有三個文件：

        

               META-IINF文件夾結構

      Android系統就是根據這三個文件的內容對apk文件進行簽名驗證的：

      MANIFEST.MF中包含對apk中除了/META-INF文件夾外全部文件的簽名值。

      

                                                 MANIFEST.MF內容截圖

      CERT.SF是對MANIFEST.MF文件總體簽名以及其中各個條目的簽名。通常地，若是是使用工具簽名，還多包括一項，就是對MANIFEST.MF頭部信息簽名。

      

                                                               CERT.SF內容截圖

      CERT.RSA包含用私鑰對CERT.SF的簽名以及包含公鑰信息的數字證書。用通常的文本打開後，會顯示亂碼。

      

　　　　　　　　　　                CETR.RSA內容截圖

      推薦閱讀：Android簽名有什麼用？

                      Android簽名過程詳解

  八、zipalign優化

      若是是在release mode下，還會對apk進行align，即對簽名後的apk進行對齊處理，這種方式是對apk進行整理和優化。

• 工具：zipalign
• 工具路徑：sdkpath/build-tools/版本號/zipalign.exe
• 輸入：上一步中籤名後的apk文件
• 輸出：優化後的apk文件

 

4、APK文件結構

      一個apk解壓後，其典型的結構以下所示，分別在apk打包流程中appt資源打包、javac編譯、簽名階段所產生：