Android App 构建流程分析

作者: 皇马船长 | 来源:发表于2016-12-30 11:52 被阅读3407次

    我们平时在android studio中点击run ,就能把代码编译成一个apk文件并安装到手机上。那么这个过程中都具体发生了什么 ?我们是怎么把代码和资源文件打包成一个apk文件,并安装到手机上的呢 ? 今天就详细研究一下这个流程 。

    Apk构建基本流程

    build-simplified.png

    上图是Android官方提供的打包简略流程图。清晰地展示了一个Android Project经过编译和打包后生成apk文件,然后再经过签名,就可以安装到设备上

    我们将一个实际的apk文件后缀改为zip并解压后,得到的内容如下

    apk_component_1.png

    和上图的描述一致。apk包内容包括:

    • classes.dex…
    • resources.arsc
    • assets
    • res
    • AndroidManifest.xml
    • META-INF

    其中:

    1. res中图片和raw文件下内容保持原样,res中其他xml文件内容均转化为二进制形式;assets文件内容保持原样
    2. res中的文件会被映射到R.java文件中,访问的时候直接使用资源ID即R.id.filename;assets文件夹下的文件不会被映射到R.java中,访问的时候需要AssetManager类

    在看下这张图 ,android apk构建详细流程图

    QQ截图20161230105534.png

    打包步骤:

    1. 通过aapt打包res资源文件,生成R.java、resources.arsc和res文件(二进制 & 非二进制如res/raw和pic保持原样) ,详细步骤如下

    • 检查AndroidManifest.xml,主要做一些检查并使用parsePackage初始化并设置一些attribute,比如package, minSdkVersion, uses-sdk。

    • 添加被引用资源包使用table.addIncludedResources(bundle, assets)添加被引用资源包,比如系统的那些android:命名空间下的资源。

    • 收集资源文件,处理overlay(重叠包,如果指定的重叠包有和当前编译包重名的资源,则使用重叠包的):

    • 将收集到的资源文件加到资源表(ResourceTable)对res目录下的各个资源子目录进行处理,函数为makeFileResources:makeFileResources会对资源文件名做合法性检查,并将其添加到ResourceTable内。

    • 编译values资源并添加到资源表,在上一步添加过程中,其实并没有对values资源进行处理,因为values比较特殊,需要经过编译之后,才能添加到资源表中。

    • 给bag资源分配id,在继续编译其他资源之前,我们需要先给bag资源(attrs,比如orientation这种属性的取值范围定义的子元素)分配id,因为其他资源可能对它们有引用。

    • 编译xml资源文件,最后我们终于可以编译xml文件了,因为我们已经为它准备好了一切可能引用到的东西(value, drawable等)。程序会对layouts, anims, animators等逐一调用

    • ResourceTable.cpp的,进行编译,内部流程又可以分为:解析xml文件,赋予属性名称资源id,解析属性值,扁平化为二进制文件。

    • 编译AndroidManifest.xml文,拿到AndroidManifest.xml文件,清空原来的数据,重新解,处理package name重载,把各种相对路径的名字改为绝对路径,编译manifest xml文件,生成最终资源表.9.生成R.java文件

    生成我们解压后看到的那个resources.arsc:

    2. 处理.aidl文件,生成对应的Java接口文件

    • aidl,全名Android Interface Definition Language,即Android接口定义语言。
      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。

    3. 通过Java Compiler编译R.java、Java接口文件、Java源文件,生成.class文件

    我们有了R.java和aidl生成的Java文件,再加上工程的源代码,现在可以使用javac进行正常的java编译生成class文件了。

    输入:java source的文件夹(另外还包括了build/generated下的:R.java, aidl生成的java文件,以及BuildConfig.java)。输出:对于gradle编译,可以在build/intermediates/classes里,看到输出的class文件。

    源码编译之后,我们可能还会对其进行代码的混淆,混淆的作用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。混淆完成之后,会生成一个混淆前后的映射表,这个是用来在反应我们的应用执行的时候的一些堆栈信息,可以将混淆后的信息转化为我们混淆前实际代码中的内容。

    4. 通过dex命令,将.class文件和第三方库中的.class文件处理生成classes.dex

    调用dx.bat将所有的class文件(上一步生成的以及第三方库的)转化为classes.dex文件,dx会将class转换为Dalvik字节码,生成常量池,消除冗余数据等。

    5. 通过apkbuilder工具,将aapt生成的resources.arsc和res文件、assets文件和classes.dex一起打包生成apk

    打包生成APK文件。旧的apkbuilder脚本已经废弃,现在都已经通过sdklib.jar的ApkBuilder类进行打包了。输入为我们之前生成的包含resources.arcs的.ap_文件,上一步生成的dex文件,以及其他资源如jni、jar包内的资源。

    大致步骤为
    以包含resources.arcs的.ap_文件为基础,new一个ApkBuilder,设置debugMode
    apkBuilder.addZipFile(f);
    apkBuilder.addSourceFolder(f);
    apkBuilder.addResourcesFromJar(f);
    apkBuilder.addNativeLibraries(nativeFileList);
    apkBuilder.sealApk(); // 关闭apk文件
    generateDependencyFile(depFile, inputPaths, outputFile.getAbsolutePath());

    6. 通过Jarsigner工具,对上面的apk进行debug或release签名

    对apk文件进行签名。APK需要签名才能在设备上进行安装很多时候我们在逆向改完后,会因为没有签名文件导致最后的apk无法正常使用,又细分为本地验证和服务器验证。

    7. 通过zipalign工具,将签名后的apk进行对齐处理。

    调用buildtoolszipalign,对签名后的apk文件进行对齐处理,使apk中所有资源文件距离文件起始偏移为4字节的整数倍,从而在通过内存映射访问apk文件时会更快。同时也减少了在设备上运行时的内存消耗。这样我们的最终apk就生成完毕了。

    关于zipalign工具,根据名字就知道是个zip文件对齐的工具。使得apk中的资源文件偏离文件起始位置4个字节,从而可以通过mmap()直接访问,从而减少RAM占用。

    参考文档

    1、官网 :配置构建
    2、apk 构建流程
    3、Android打包系列——打包流程梳理
    4、APK打包安装过程

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