【朝花夕拾】Android性能篇之（四）Apk打包

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：