【朝花夕拾】Android性能篇之(四)Apk打包-阿里云开发者社区

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【朝花夕拾】Android性能篇之(四)Apk打包

简介: 随着IDE功能的不断加强,APK的打包几乎被一手包办,使得很多Android程序员并不了解其过程。而深入了解APK的打包流程,有助于更好地理解APK的结构及Android机制,也能很好地感受到Anroid虚拟机在优化道路上孜孜不倦的追求。
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前言

        APK,即Android Package,是将android程序和资源整合在一起,形成的一个.apk文件。相信所有的Android程序员是在IDE的帮助下,完成打包轻而易举,但对打包流程真正清楚的可能并不多。本章的内容比较简单,也是非常基础的内容,但是对理解android应用的结构却有很大的帮助。笔者写这篇文章的目的,一方面是为了弥补这方面的盲点,回顾和梳理apk打包方面的理论知识点;第二方面,是为了给后续写Android虚拟机知识做铺垫,进而去研究android的性能优化,这也是把这篇文章放到Android性能优化系列文章当中的原因;第三方面,也是为了方便读者理解Android虚拟机的相关内容。

       对于在IDE,如Android Studio上操作打包的过程,本文不做演示,对于更深入的源码分析,也不在本文讨论之列,出于前面说到的原因,本文只简单阐述其打包流程,本文主要内容如下:

         

 

一、apk构建流程图

     以下截图为Google官方提供的详细的apk构建过程图,其中包含了各个环节所用到的工具和中间相关的文件。

                

                         apk构建过程(绿色部分为对应环节工具,蓝色部分为相关文件)

 

二、构建过程中所用工具

        如下截图展示了apk构建过程中所使用的部分工具,这些工具大部分都在sdk/build-tools/文件夹下:

                 

                  

                    代码混淆所用工具

                 

                                   打包所用工具所在的jar包

三、apk打包流程详解

       依据如上的流程图和工具图,下面咱们按照流程顺序对其进行讲解。

  1、aapt打包资源

  • 工具:aapt(Android Asset Package Tool Android资源打包工具)
  • 工具路径:sdkpath/build-tools/版本号/aapt.exe和aapt2.exe
  • 输入:Android资源文件、AndroidManifest.xml
  • 输出: R.java类、二进制的resource.arsc,res文件夹(包括二进制的xml、没被改变的图片和res/raw文件)、二进制的AndroidManifest.xml文件、没有改变的assets文件夹。

        Android的资源文件包含了两类:1)assets类资源。该类资源放在工程目录的assets根目录下,存放一些原始文件,这些文件不会被编译为二进制文件,而是被原封不动地打包在apk文件中,同样也不能通过资源ID来查找,不保存在R文件中。2)res类资源,10种目录。这类资源保存在工程目录中的res目录下,包含了animator(属性动画资源)、anim(补间动画资源)、color(对象颜色状态选择资源)、drawable(xml或Bitmap文件的图像资源)、layout(布局文件资源)、menu(程序菜单资源)、mipmap(图标资源,推荐阅读:drawable与mipmap的区别)、raw(不被编译成二进制文件的资源,注意和assets资源的区别,推荐阅读:assets和raw的区别)、values(6种不同的值:数组arrays.xml、颜色值colors.xml、尺寸dimens.xml、字符串strings.xml和样式值styles.xml)、xml(描述应用程序配置信息的资源)。

       如下截图展示了R.java的内容,其中包含了各种静态内部类,分别对应了某种资源的类型。

       

                            R.java结构图

      以R.string类为例,其中展示了字符串名称对应的id值,就是对应在res/values文件夹下,string字符串资源。

      

                                                                    R.string结构图

        推荐阅读:apk打包安装过程

  2、aidl生成跨进程通信的java文件

  • 工具:aidl(Android Interface Definition Language安卓接口定义语言)
  • 工具路径:sdkpath/build-tools/版本号/aidl.exe
  • 输入:aidl后缀的文件,位于工程项目src/main/aidl目录下
  • 输出:可用于进程间通信的C/S端java代码,位于build/generated/source/aidl

          

                                       工程项目中的aidl原始文件

          

                                       aidl工具处理后生成的java文件

  3、Java编译源码

  • 工具:javac.exe
  • 工具路径:jdk/bin/javac.exe
  • 输入:java source文件夹、aapt中生成的R.java文件、aidl生成的java文件、BuildConfig.java文件
  • 输出:对于gradle编译,生成的class文件保存在build/intermediates/classes里

         

                               BuildConfig.java和R.java文件

         

                                              输出的class文件

  4、proguard代码混淆

        完成javac编译之后,一般还会对其进行代码的混淆,其实就是类似于加密的功能,作用就是增加反编译的难度,同时也将一些代码的命名进行了缩短,减少代码占用的空间。推荐阅读:Android代码混淆零基础入门

  • 工具:ProGuard
  • 工具路径:sdk/tools/proguard/bin/proguard.bat
  • 输入:被编译过的class文件、混淆配置文件proguard-rules.pro
  • 输出:被混淆过的.class文件、混淆前后映射文件

         

  5、将所有.class文件转化为classes.dex文件

  • 工具:dx.bat
  • 工具路径:sdkpath/build-tools/版本号/dx.bat
  • 输入:编译后生成的所有.class文件、第三方库和.class文件
  • 输出:可以在Android虚拟机上使用的.dex文件

       调用dx.bat将所有的class文件转化为classes.dex文件,将二进制码转化为Android虚拟机(Android4.4以前虚拟机是Dalvik,4.4上是Dalvik和ART可以切换、Android5.0及以后是ART)上的字节码、生成常量池、消除冗余数据等。由于Android虚拟机是一种针对嵌入式设备而特殊设计的java虚拟机,所有dex文件与标准的class文件在结构设计上有着很大的区别,当javac将java程序编译成class后,dx工具将所有的class文件整合到一个dex文件中,这样做使得各个类能够共享数据,在一定程度上降低了容易,同时也使文结构更加紧凑,实验表明,dex文件时传统jar文件的50%左右。class文件结构和dex文件结构比对如下(该部分还会在后文讲Android虚拟机时提到):

           

                     .class文件和.dex文件结构对比图

  6、apkbuilder打包生成apk

  • 工具:ApkBuilder类
  • 工具路径:sdkpath/tools/lib/sdklib_xxx.jar
  • 输入:上一步生成的classes.dex文件,aapt时生成的resources.arsc、被编译后的res文件夹、AndroidManifest.xml,Other Resouces(assets文件夹)
  • 输出:.apk文件(Android Package)

  7、对apk进行签名

  • 工具:apksigner.bat
  • 工具路径:sdkpath/build-tools/版本号/apksigner.bat
  • 输入:上一步中生成的.apk文件、签名文件(Debug or Release Keystore)
  • 输出:签名后的.apk文件

      签名是一个apk身份的证明,Android系统在安装apk的时候,首先会检验apk的签名,如果发现签名文件不存在或者校验签名失败,就会拒绝安装。对一个apk文件签名后,apk文件根目录下回增加META-INF目录,该目录下有三个文件:

        

               META-IINF文件夹结构

      Android系统就是根据这三个文件的内容对apk文件进行签名验证的:

      MANIFEST.MF中包含对apk中除了/META-INF文件夹外所有文件的签名值。

      

                                                 MANIFEST.MF内容截图

      CERT.SF是对MANIFEST.MF文件整体签名以及其中各个条目的签名。一般地,如果是使用工具签名,还多包括一项,就是对MANIFEST.MF头部信息签名。

      

                                                               CERT.SF内容截图

      CERT.RSA包含用私钥对CERT.SF的签名以及包含公钥信息的数字证书。用一般的文本打开后,会显示乱码。

      

                          CETR.RSA内容截图

      推荐阅读:Android签名有什么用?

                      Android签名过程详解

  8、zipalign优化

      如果是在release mode下,还会对apk进行align,即对签名后的apk进行对齐处理,这种方式是对apk进行整理和优化。

  • 工具:zipalign
  • 工具路径:sdkpath/build-tools/版本号/zipalign.exe
  • 输入:上一步中签名后的apk文件
  • 输出:优化后的apk文件

 

四、APK文件结构

      一个apk解压后,其典型的结构如下所示,分别在apk打包流程中appt资源打包、javac编译、签名阶段所产生:

      

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湖北荆州人,现在深圳工作。从事Android应用开发6年,主要集中在应用层即App的开发,当前从事系统app的开发。随着工作年限的增加,越发觉得有必要对以前零零散散的知识点做归纳和整理,也需要对开发技能做更深层次的研究和学习。希望自己能写一些东西,对其他开发者起到一定的帮助。
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