浅谈Android打包流程

本是古典何须时尚 2022-10-01 11:40 280阅读 0赞

作为个Android developer ，对APK（AndroidPackage）想必是再熟悉不过的了。我们在 Gradle 中点击下 build 或者通过命令行 `gradlew tasks`，AndroidStudio 就会开始执行构建流程，最终输出APK文件。 这件事我经常干，也习以为常了，但是有时也会偶尔想想，那一串串代码是如何变成 apk 的呢，期间经历了那些流程呢？

## 构建流程总览 ##

先放张[官网][Link 1]的构建流程图

典型 Android 应用模块的构建流程通常依循下列步骤：
    
    1.编译器将您的源代码转换成 DEX（Dalvik Executable) 文件（其中包括 Android 设备上运行的字节码），将所有其他内容转换成已编译资源。
    
    2.APK 打包器将 DEX 文件和已编译资源合并成单个 APK。 不过，必须先签署 APK，才能将应用安装并部署到 Android 设备上。
    
    3.APK 打包器使用调试或发布密钥库签署您的 APK：
    
        a.如果您构建的是调试版本的应用（即专用于测试和分析的应用），打包器会使用调试密钥库签署您的应用。 Android Studio 自动使用调试密钥库配置新项目。
    
        b.如果您构建的是打算向外发布的发布版本应用，打包器会使用发布密钥库签署您的应用。 要创建发布密钥库，请阅读在 Android Studio 中签署您的应用。
    
    4.在生成最终 APK 之前，打包器会使用 zipalign 工具对应用进行优化，减少其在设备上运行时占用的内存。 
    复制代码

官网给出的流程图还是比较抽象的，很多细节都隐藏了，以下是Google官方发布的一张非常经典的Apk打包流程图。接下来会将基于下图的流程进行简单分析。

## 1. 打包资源文件 ##

**资源文件（res文件夹下的文件）通过 AAPT（Android Asset Packaging Tool）打包生成`R.java`类（资源索引表）以及`.arsc`资源文件。**

经过aapt生成的R文件占4个字节

> public static final int design\_appbar\_state\_list\_animator=0x7f020000;

*  第一位字节`0x7f`表示packageID,用来限定资源的来源。系统资源包是ox01，SharedLibrary类型资源包是0x00， 普通App包则是0x7f；
 *  次一位字节`02`表示typeID，用来表示资源类型，如drawable、layouts、anims、color、menu等；
 *  后2字节`0000`表示EvtryID，指的是每一个资源在对应的TypID中出现的顺序。

aapt生成的`.arsc`资源文件对应我们将apk解压（apk本质是一个zip压缩包）得到的Resources.arsc，它实际上就是App的资源索引表。简单来说，通过R.java文件与Resources.arsc就可以定位到资源的内存地址。感兴趣的可以看看这篇[博客][Link 2]

aapt 编译源码的入口在 `frameworks/base/tools/aapt/Main.cpp` ，其中对 assert文件夹路径、res文件夹路径、AndroidManifest文件等会采取不同的策略

对asset目录下的资源不进行编译，assets目录下的资源会被原封不动的打入apk中，也就是说assets不会被压缩；aapt会对res下drawable资源进行压缩处理（raw目录下除外）

aapt将文本xml资源文件编译成二进制资源文件的方法buildResources函数在`frameworks/base/tools/aapt/Resource.cpp` 可以找到，这里着重关注了下overlay特性。

overlay是android中用来处理编译时替换资源的一种方式。比如说我们通过 aapt -S 命令指定了一个res路径res1，这时候我们再使用 -S 命令指定另一个res路径res2，如果res1 和res2 下的values/string.xml 都有对同一个String ID ，最后只会使用前面的（res1）描述。可以理解为overlay会以最先定义的路径作为基准包。

有一种情况，假如我们在res2下定义了一个资源Sting a，但是基准包没有定义它，那么就会报错，这时候就可以需要加入 `--auto-add-overlay`，把新的资源都添加进去。

以下是aapt源码中会进行buildResources的流程

status_t buildResources(Bundle* bundle, const sp<AaptAssets>& assets, sp<ApkBuilder>& builder)
    {
        // First, look for a package file to parse.  This is required to
        // be able to generate the resource information.
        sp<AaptGroup> androidManifestFile =
                assets->getFiles().valueFor(String8("AndroidManifest.xml"));
        if (androidManifestFile == NULL) {
            fprintf(stderr, "ERROR: No AndroidManifest.xml file found.\n");
            return UNKNOWN_ERROR;
        }
        status_t err = parsePackage(bundle, assets, androidManifestFile);
        if (err != NO_ERROR) {
            return err;
        }
        
        ...
        // apply the overlay files to the base set
        if (!applyFileOverlay(bundle, assets, &drawables, "drawable") ||
                !applyFileOverlay(bundle, assets, &layouts, "layout") ||
                !applyFileOverlay(bundle, assets, &anims, "anim") ||
                !applyFileOverlay(bundle, assets, &animators, "animator") ||
                !applyFileOverlay(bundle, assets, &interpolators, "interpolator") ||
                !applyFileOverlay(bundle, assets, &transitions, "transition") ||
                !applyFileOverlay(bundle, assets, &xmls, "xml") ||
                !applyFileOverlay(bundle, assets, &raws, "raw") ||
                !applyFileOverlay(bundle, assets, &colors, "color") ||
                !applyFileOverlay(bundle, assets, &menus, "menu") ||
                !applyFileOverlay(bundle, assets, &fonts, "font") ||
                !applyFileOverlay(bundle, assets, &mipmaps, "mipmap")) {
            return UNKNOWN_ERROR;
        }
        ...
        //preProcess & makeFileResources
        ...
       // compile resources
       // Finally, we can now we can compile XML files
       
     }
        
    复制代码

在Gradle中可以通过`aaptOptions`的DSL来对aapt进行配置，在 `Android.mk`语法中则有`LOCAL_AAPT_FLAGS`配置项

这里只是对aapt流程简单的说明了下，具体的细节还是蛮多的，从xml解析到具体类型的编译流程、到二进制Manifest生成等细节都未展开，由于本人c++能力有限，很多东西也没看懂，也就不误人子弟了。

## 2. 处理 aidl files ##

**如果有aidl文件，会通过aidl工具（源碼位于system/tools/aidl）打包成java接口类**

AIDL(Android Interface Definition Language)，是Android接口定义语言。目的是为了方便实现进程间通信，尤其是在涉及多进程并发情况下的进程间通信。它的本质是对Binder通信的封装，对Binder通信感兴趣的同学可以看看Gityuan的Binder系列文章[彻底理解Android Binder通信架构][Android Binder]

## 3. 编译（Compilers） ##

**R.java+工程源码+aidl.java通过javac生成.class文件。**

Javac 编译过程大致可以分为3个阶段

*  解析与填充符号表过程
    
    解析的步骤包括词法分析与语法分析两个过程
    
    `词法分析`是将源代码的字符串流转变为标记（Token）集合，单个字符是程序编写过程的最小元素，而标记是编译过程的最小元素。关键字、变量名、运算符等都可以成为标记
    
    `语法分析`是根据 Token 序列构造抽象语法树的过程，抽象语法树是一种用来描述程序代码语法结构的树形表示方式，语法树的每一个节点都代表程序中的一个语法结构，如包、类型、修饰符、接口等
 *  插入式注解处理器的注解处理过程
    
    插入式注解处理器，可以读取、修改、添加抽象语法树中的任意元素。Android中的APT（Annotation Processing Tool）就是在这个阶段工作的。
 *  语义分析与字节码生成过程
    
    语法分析后，编译器获得了程序代码的抽象语法树表示，语法树能表示一个结构正确的源程序抽象，但是无法保证源程序是符合逻辑的。而语义分析主要是对结构正确的进行上下文有关性质的审查。语义分析一般要经历标注检查、数据及控制流分析、解语法糖等过程，然后才会走到javac编译的最后一个阶段：字节码生成。大致流程如下：
    
    > 标注检查 -> 数据及控制流分析 -> 解语法糖 -> 字节码生成

Javac 编译动作的入口是 `com.sun.tools.javac.main.JavaCompiler`类，主要逻辑集中在 compile（）和 compile2（）方法中，感兴趣的可以去看看

## 4. dex（生成dex文件） ##

**源码.class文件和第三方jar或者library通过dx工具打包成dex文件。**

上面生成的 .class 文件虽然已经可以在 JVM 环境中运行，但是如果要在 Android 运行时环境中执行还需要特殊的处理，那就是 dx 处理，它会对 .class 文件进行翻译、重构、解释、压缩等操作。

关于dex的操作，我们了解最多的可能就是 Tinker 的热修复方案了，Tinker 的基本思想是利用双亲委派原则，将patch的相关dex放在数组前端，保证classloader先到patch中查找加载。如果想要对细节更一步了解，如如何保证资源id不变，资源Diff是怎么做的，对dex文件格式有所了解是必不可少的。关于dex的文件格式，[官网][Link 3]有详细介绍，这里就不做说明了。

AndroidStudio有提供 proguard、D8、R8等工具来处理这一流程。Android 还会针对 Dalvik 虚拟机和 Art 虚拟机对dex进行优化

*  dexopt 是对 dex 文件 进行 verification 和 optimization 的操作，其对 dex 文件的优化结果变成了 odex 文件，这个文件和 dex 文件很像，只是使用了一些优化操作码（譬如优化调用虚拟指令等）。
 *  dex2oat 是对 dex 文件的 AOT 提前编译操作，其需要一个 dex 文件，然后对其进行编译，结果是一个本地可执行的 ELF 文件，可以直接被本地处理器执行。

## 5. apkbuilder（生成未签名apk） ##

**apkbuilder工具会将所有没有编译的资源、.arsc资源、.dex文件打包到一个完成apk文件中**

## 6. Jarsigner（签名） ##

**jarsigner工具会对未签名的apk验证签名。得到一个签名后的apk（signed.apk）**

可以通过在命令行中输入jarsigner来获取详情信息，如果沒有特殊需求，使用下面命令即可完成签名

> jarsigner -verbose -keystore \[私钥存放路径\] -signedjar \[签名后文件存放路径\] \[未签名的文件路径\] \[您的证书名称\]

## 7. zipalign（对齐） ##

**zipAlign工具对6中的signed.apk进行对齐处理**

所谓对齐，主要过程是将APK包中所有的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文件时的速度会更快。对齐的作用主要是为了减少运行时内存的使用。

## 工具列表 ##

<table> 
 <thead> 
  <tr> 
   <th>名称</th> 
   <th>功能介绍</th> 
   <th>路径</th> 
  </tr> 
 </thead> 
 <tbody> 
  <tr> 
   <td>aapt</td> 
   <td>Android资源打包工具</td> 
   <td>${ANDROID_SDK_HOME}/platform-tools/appt</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>aidl</td> 
   <td>Android接口描述语言转化为.java文件的工具</td> 
   <td>${ANDROID_SDK_HOME}/platform-tools/aidl</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>javac</td> 
   <td>Java Compiler</td> 
   <td>${JDK_HOME}/javac</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>dex</td> 
   <td>转化.class文件为Davik VM能识别的.dex文件</td> 
   <td>${ANDROID_SDK_HOME}/platform-tools/dx</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>apkbuilder</td> 
   <td>生成apk包</td> 
   <td>${ANDROID_SDK_HOME}/tools/opkbuilder</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>jarsigner</td> 
   <td>.jar文件的签名工具</td> 
   <td>${JDK_HOME}/jarsigner</td> 
  </tr> 
  <tr> 
   <td>zipalign</td> 
   <td>字节码对齐工具</td> 
   <td>${ANDROID_SDK_HOME}/tools/zipalign</td> 
  </tr> 
 </tbody> 
</table>

转载于:https://juejin.im/post/5ce642f2e51d45777621bae8

[Link 1]: https://link.juejin.im?target=https%3A%2F%2Fdeveloper.android.com%2Fstudio%2Fbuild%2Findex.html%3Fhl%3Dzh-cn%23build-process
[Link 2]: https://link.juejin.im?target=https%3A%2F%2Fblog.csdn.net%2Fbeyond702%2Farticle%2Fdetails%2F51744082
[Android Binder]: https://link.juejin.im?target=http%3A%2F%2Fgityuan.com%2F2016%2F09%2F04%2Fbinder-start-service
[Link 3]: https://link.juejin.im?target=https%3A%2F%2Fsource.android.com%2Fdevices%2Ftech%2Fdalvik%2Fdex-format.html