从构建工具看 Android APK 编译打包流程(下)

简介: 在Android Studio中,我们几乎每天都在用run,generate APK等功能。

javac(编译java文件)


接下来就是编译java文件了,用到的工具就是大家熟知的javac,通过它将java文件编译成.class文件。


注解代码也是在这个阶段生成的。当注解的生命周期被设置为CLASS的时候,就代表该注解会在编译class文件的时候生效,并且存在与java源文件和Class字节码文件。


javac的基础命令还是可以了解下:


javac -d destdir(class文件存放目录) srcFile(java文件)


dx/r8/d8 (编译class文件)


这一步就是转换.class文件为dex文件。


有人就奇怪了,.class文件不就是JVM可以识别的二进制文件吗,为什么还要进行一次转化呢?


这就涉及到另一个问题:JVM 和 Dalvik(ART)的区别。


其中一个重要的区别就是Dalvik(ART)有自己的二进制文件,也就是.dex文件,所以需要将class文件进行再一次转换。


你可以把dex文件理解为一个class文件包,里面装着很多的class文件,让这些类能够共享数据,类似这种关系:


25.png


再谈谈这三个工具(dx/r8/d8)的区别:


  • dx是最早的转换工具,用于转换class文件为dex文件。
  • Android Studio 3.1之后,引入了D8编译器和 R8 工具。


注意这里的措辞:D8 编译器和 R8 工具。


所以D8就是用来代替dx用来进行转换class文件的,它的优势在于:编译更快、更小的dex文件、更好的性能。


R8工具是用来替代ProGuard的,用于代码的压缩和混淆。


编译class文件过程也常用于编译插桩,比如ASM,通过直接操作字节码文件完成代码修改或生成。


apkbuilder/zipflinger(生成APK包)


这一步就是生成APK文件,将manifest文件、resources文件、dex文件、assets文件等等打包成一个压缩包,也就是apk文件。


在老版本使用的工具是apkbuilder,但是在最新的版本我发现没有这个工具了,sdk目录下也找不到了。


所以我想到从打包的task——packageDebug中找找答案,果然,让我找到了新的打包工具——zipflinger


//PackageAndroidArtifact.java (packageDebug相关代码)
for (File arch : archives) {
    mApkCreator.writeZip(arch, pathNameMap::get, name -> !names.contains(name));
}
mApkCreator =new ApkFlinger(mCreationData, compressionLevel, !mIsDebuggableBuild);
/** An implementation of [ApkCreator] using the zipflinger library */
class ApkFlinger


同时在Android Studio的更新日志中也找到了对应的说明:


Android 构建团队不断进行更改以提高生成性能,在此版本中(Android Studio 3.6),我们将默认打包工具更改为 zipflinger 以进行调试生成。


zipalign(对齐处理)


zipalign 是一种归档对齐工具,可对 Android 应用 (APK) 文件提供重要的优化


具体来说,它会使 APK 中的所有未压缩数据(例如图片或原始文件)在 4 字节边界上对齐。


这里涉及到一个Data structurealignment(数据对齐)的知识点,其大概意思就是如果数据是自然对齐的,CPU读写就会更高效。


有的朋友可能会疑惑,这个对齐处理不是应该放在签名之后吗?其实这里就涉及到了签名工具的不同带来的对齐处理的顺序不同:


  • 如果使用的是 apksigner,只能在为 APK 文件签名之前执行 zipalign。
  • 如果使用的是 jarsigner,只能在为 APK 文件签名之后执行 zipalign。


下面具体聊聊两种签名工具。


jarsigner/apksigner(签名)


在生成APK文件之后,必须对该apk文件进行签名,否则无法被安装。


之前大家比较熟知的签名工具是JDK提供的jarsigner,而apksigner是Google专门为Android提供的签名和签证工具。


其区别就在于jarsigner只能进行v1签名,而apksigner可以进行v2、v3、v4签名。


什么?还有v4?我开始看到的时候也是大吃一惊,没想到都有v4签名了,那就顺带介绍下这几个签名机制吧:


  • v1签名


v1签名方式主要是利用META-INFO文件夹中的三个文件。


首先,将apk中除了META-INFO文件夹中的所有文件进行进行摘要写到 META-INFO/MANIFEST.MF;然后计算MANIFEST.MF文件的摘要写到CERT.SF;最后计算CERT.SF的摘要,使用私钥计算签名,将签名和开发者证书写到CERT.RSA。


所以META-INFO文件夹中这三个文件就能保证apk不会被修改。


但是缺点也很明显,META-INFO文件夹不会被签名,所以美团针对这种签名方式设计了一种多渠道打包方案:


利用pythone在META-INFO文件夹中创建一个文件,其名称就是渠道名,然后用java去读取文件名获取渠道。


  • v2签名


Android7.0之后,推出了v2签名,为了解决v1签名速度慢以及签名不完整的问题。

apk本质上是一个压缩包,而压缩包文件格式一般分为三块:


文件数据区,中央目录结果,中央目录结束节。


而v2要做的就是,在文件中插入一个APK签名分块,位于中央目录部分之前,如下图:


26.png


这样处理之后,文件就完成无法修改了。


  • v3签名


Android 9 推出了v3签名方案,和v2签名方式基本相同,不同的是在v3签名分块中添加了有关受支持的sdk版本和新旧签名信息,可以用作签名替换升级。


  • v4签名


Android 11 推出了v4签名方案。


v4 签名基于根据 APK 的所有字节计算得出的 Merkle 哈希树。它完全遵循 fs-verity 哈希树的结构,将签名存储在单独的.apk.idsig 文件中。


小结图


27.png


附1、查看 Gradle 源码


这里提供一种Gradle源码的查看方式,就是导入Gradle库,然后在External Libraries中查看:


implementation 'com.android.tools.build:gradle:4.1.1'


先以依赖的方式导入gradle库,然后编译,就能在左侧External Libraries栏中看到源码了:


28.png


参考


https://developer.android.google.cn/studio/build/index.html

https://cloud.tencent.com/developer/article/1392511

https://www.jianshu.com/p/e73510605c56

https://blog.csdn.net/qq_43278826/article/details/86543932

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