Android项目构建Apk包流程

Posted 2022-11-09 程序员七哥

    好久都没有写博文了，主要是现在的工作重点是前端开发了，最近在学习webpack、weex等前端知识，说起weex，一直都在填坑中，目前还没爬出来了！    好了，回归到本文的主题。之前也写过有关android打包apk方面的博文（使用Ant打包Apk，打包Apk），但是都不够细致，比较笼统的介绍有关Apk打包的过程。所以，本文再次详细描述下，Android项目构建Apk包流程。

一. 前言

    当我们使用Android Studio开发Android时，点击运行按钮，就会自动生成一个Apk文件，至于这个Apk是如何生成的，我们并不知道。而这个Apk中包含哪些东西呢？我们还是可以知道的。怀着好奇的心态，我们先来解压一个Apk，看看他的庐山真面目。

    随便找一个Apk文件，修改它的后缀名为rar或者zip(其实Apk格式的文件就是一个压缩文件)。如下图所示，

其中 app-debug.rar文件是app-debug.apk修改后缀名后得到的，而app-debug文件夹是app-debug.rar文件解压后生成的，

上面这张截图是app-debug文件夹中的东东，可以看到大致包含5部分：

1. META-INF 文件夹，该文件夹中包含该Apk的签名信息以及该Apk中所有文件的哈希值的计算结果；

2. res文件夹，存放的是资源文件，例如动画、颜色、图片和布局等资源；下面给出一张res文件夹的中文件列表的截图，

3. dex文件，该文件是适用于Dalvik虚拟机的字节码文件，是通过dx工具将class文件转化生成的；

4. resources.arsc，它是一个资源索引表，是由aapt根据res资源文件转化生成的二进制文件；（下面会继续补充该文件的作用）；

5. AndroidManifest.xml，这个文件，我们都知道，这是Apk的清单文件，配置了各种权限以及注册Activity、service等组件。（这个文件是压缩处理过的，直接打开是乱码，需要借助其他工具）

二. 打包。

    首先来看一张Google官方给出的Apk构建流程，如下图所示，

根据上图，就能大致得出构建Apk的整个流程，

1. aapt工具将res中的资源生成 R.java文件和resources.arsc文件；

2. 如果有aidl，那么aidl工具会将aidl接口转化为java类；

3. javac将所有的java类编译为class文件;

4. 如果有代码混淆，则会加入代码混淆；

5. dx.bat将所有的class文件转化为classes.dex文件；

6. ApkBuild将所有的资源(assets、so、jni)、resources.arcs以及上一步生成的dex文件，打包生成一个apk文件；

7. 对上一步生成的apk进行签名；

8. 使用Zipalign对签名后的apk进行优化。

下面详细分析下各步骤的实现细节。

  2.1. 资源打包。（这一部分引用了网上一位博主的内容，详细连接见下文）

开发app时，需要代码和资源。最终生成的apk中代码转换为了dex文件，那么apk文件中的资源是否还是app开发时那些资源文件呢？或者说这些资源文件是否发生了什么变化？引用老罗一张关于资源打包过程以及查找的图：

从上图可以看出：
1). 除了assets和res/raw资源被原装不动地打包进APK之外，其它的资源都会被编译或者处理.xml文件会被编译为二进制的xml，所以解压apk后，无法直接打开xml文件。
2). 除了assets资源之外，其它的资源都会被赋予一个资源ID。
3). 打包工具负责编译和打包资源，编译完成之后，会生成一个resources.arsc文件和一个R.java，前者保存的是一个资源索引表，后者定义了各个资源ID常量，供在代码中索引资源。
4). 应用程序配置文件AndroidManifest.xml同样会被编译成二进制的XML文件，然后再打包到APK里面去。
5). 应用程序在运行时最终是通过AssetManager来访问资源，或通过资源ID来访问，或通过文件名来访问。

在生成的apk中，只有assets和res/raw资源被原装不动地打包进apk。其它的资源都会被编译或者处理。可以使用如下命令查看apk中的文件列表：
aapt l -v apkfile
将apk直接解压后，会发现xml都打不开，提示格式不对，因为其已经变为二进制xml了。另外PNG等图片也会进行相应的优化。还有就是多了一个resources.arsc文件。
更多详细的描述，可以查看Android6.0之App中的资源Rsources.arsc详解这篇文章。

  2.2 aidl处理。

    aidl，全名Android Interface Definition Language，即Android接口定义语言。是我们在编写进程间通信的时候，定义的接口。输入：aidl后缀的文件。输出：可用于进程通信的C/S端java代码，位于build/generated/source/aidl。

    更多有关aidl的描述，请参考这篇Android IPC之AIDL浅谈。

  2.3 生成class文件。

    这一步是将整个代码中的所有的java文件通过javac编译为class文件.

  2.4 生成dex文件。

    通过dex工具将项目中所有的class文件（也包含第三方库中的）生成dex文件。

  2.5 生成Apk文件。

    通过apkbuilder工具 将所有的资源（res和assets）、resources.arsc和dex文件（可能是多个）打包生成Apk文件。

  2.6 Apk签名。

    上一步生成的Apk文件是没有签名的，也就是说，是无法安装到Android设备中的。android的应用程序需要签名才能在android设备上安装，签名apk文件有两种情况：一种是在调试程序时进行签名，使用eclipse开发android程序时，在编译调试程序时会自己使用一个debug.keystore对apk进行签名；另一种是打包发布时对程序进行签名，这种情况下需要提供一个符合android开发文档中要求的签名文件。签名的方法也分两种：一种是使用jdk中提供的jarsigner工具签名；另一种是使用android源码中提供的signapk工具，它的代码位于android系统源码build\\tools\\signapk目录下。

  2.7 Apk优化。

    这一步需要使用的工具为zipalign，它位于android-sdk\\tools目录，源码位于android系统源码的build\\tools\\zipalign目录，它的主要工作是将spk包进行对齐处理，使spk包中的所有资源文件距离文件起始偏移为4字节整数倍，这样通过内存映射访问apk文件时速度会更快，验证apk文件是否对齐过的工作由ZipAlign.cpp文件的verify()函数完成，处理对齐的工作则由process（）函数完成。

    以上就是构建APk的全过程。相信看到这里，小伙伴们对Apk的构建过程更清晰明了了！

三. 补充。

3.1 aapt。

 

aapt----Android Asset Packaging Tool，即Android资源打包工具，位于SDK的build-tools目录下。该工具的作用是将Android中的res资源生成R.java文件以及将资源文件生成一个二进制文件(resources.arsc)。在打包Apk时，需要使用到该工具。

    其中，R.java文件，相信开发Android的小伙伴们都知道，每当我们创建一个资源例如一个字符串，aapt就会在R.java文件中自动生成一个常量(ID)，我们在使用某资源时，需要引用该资源对应的R.java文件的资源ID。下面是R.java文件的部分代码截图，

    resources.arsc，是aapt工具编译资源时生成的重要文件。App资源能根据配置的变化，索引到相应的资源都要依赖它。例如Android设备语言，屏幕设备尺寸不同时，app通过同样的ID但却能找到不同的资源进行显示。因为 resources.arsc是二进制文件，所以解压后，直接打开是乱码。

总结下：

    R.java文件，定义了各个资源ID常量，在使用时需要使用该ID；resources.arsc，保存的是一个资源索引表。

3.2 Dalvik虚拟机。

Dalvik是Google公司自己设计用于Android平台的Java虚拟机，它是Android平台的重要组成部分，支持dex格式（Dalvik Executable）的Java应用程序的运行。dex格式是专门为Dalvik设计的一种压缩格式，适合内存和处理器速度有限的系统。Google对其进行了特定的优化，使得Dalvik具有高效、简洁、节省资源的特点。从Android系统架构图知，Dalvik虚拟机运行在Android的运行时库层。

  当你的应用安装在手机上后，应用程序的代码将会以字节码保存，每次冷启动一个应用的时候，Dalvik虚拟机将字节码转换为机器码，然后交给硬件来执行；每次冷启动的时候，Dalvik虚拟机就要重复将字节码转换为机器码的动作，而在这个阶段，我们只能等待，静静的看着应用启动，虽然每次都耗时较长，但是不会占用过多的内存。因此在Android4.4发布时，谷歌推出了新的Android虚拟机ART虚拟机，ART-Android Runtime，即Android运行时。ART虚拟机也是将字节码转换为机器码，但是它和Dalvik虚拟机的工作模式不一样，在ART模式下，当你在安装应用的时候，它就将字节码转换为机器码，并且保存起来，当在启动一个应用的时候，就直接运行这个机器码，因此，启动速度就比较快。

有关Dalvik和ART的介绍，可以参考这篇文章 IT之家学院：认识Android中的Dalvik与ART虚拟机。

  Java虚拟机-JVM和Dalvik虚拟机的区别。

    1). Java虚拟机运行的是Java字节码（保存在class文件中），Dalvik运行的是Dalvik字节码（由Java字节码转化而来，打包到DEX文件中）。

    2). Dalvik可执行文件更小。 
由于Android SDK中的dx文件对常量池进行了压缩，使得相同字符串、常量在DEX文件中只出现一次。

    3). Java虚拟机与Daivik虚拟机架构不同 。
Java虚拟机基于栈结构，资源开销大，Dalvik虚拟机基于寄存器结构，数据由寄存器直接传递，这样的方式比基于栈结构的方式快得多。

 

以上内容参考了理解Android虚拟机体系结构。

推荐一篇有关安卓手机为什么越用越卡越慢 问题原因探究。

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