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Android APK 打包流程 MD

APK 的打包流程

參考

Android的包文件APK分為兩個部分：代碼和資源，所以打包方面也分為資源打包和代碼打包兩個方面，這篇文章就來分析資源和代碼的編譯打包原理。

Android打包流程詳圖：

整體流程

APK整體的的打包流程如下圖所示：

具體說來：

通過AAPT工具進行資源文件（包括AndroidManifest.xml、布局文件、各種xml資源等）的打包，生成R.java文件。
通過AIDL工具處理AIDL文件，生成相應的Java文件。
通過Javac工具編譯項目源碼，生成Class文件。
通過DX工具將所有的Class文件轉換成DEX文件，該過程主要完成Java字節碼轉換成Dalvik字節碼，壓縮常量池以及清除冗余信息等工作。
通過ApkBuilder工具將資源文件、DEX文件打包生成APK文件。
利用KeyStore對生成的APK文件進行簽名。
如果是正式版的APK，還會利用ZipAlign工具進行對齊處理，對齊的過程就是將APK文件中所有的資源文件舉例文件的起始距離都偏移4字節的整數倍，這樣通過內存映射訪問APK文件的速度會更快。

上述流程都是Android Studio在編譯時調用各種編譯命令自動完成的，具體說來，如下所示：

1、創建Android工程。

android create project \
-n packageTest2 \
-a MainActivity \
-k com.package.test2 \
-t android-23 \
-p ./PackageTest2

2、編譯R文件

aapt package \
-f \
-J ./gen \
-M ./AndroidManifest.xml \
-S ./res/ \
-I /Users/RadAsm/Library/AndroidSDK/sdk/platforms/android-23/android.jar

3、編譯源代碼文件

javac -source 1.6 \
-target 1.6 \
-cp /Users/RadAsm/Library/AndroidSDK/sdk/platforms/android-23/android.jar \
./src/com/packtest/test1/MainActivity.java ./src/com/packtest/test1/R.java \
-d ./gen/classes

4、編譯DEX文件

dx --dex \
--verbose \
--output ./gen/dex/packtest1.dex
./gen/classes/

5、生成APK文件

aapt package
-f \
-J ./gen \
-M ./AndroidManifest.xml \
-S ./res/ \
-I /Users/RadAsm/Library/AndroidSDK/sdk/platforms/android-23/android.jar \
-F ./output/res.apk

6、APK文件對齊

zipalign -v -p 4 packagetest_unsigned.apk packagetest_aligned_unsigned.apk

7、APK簽名

apksigner sign --ks my-release-key.jks my-app.apk

以上便是APK打包的整個流程，我們再來總結一下：

除了assets和res/raw資源被原裝不動地打包進APK之外，其它的資源都會被編譯或者處理；
除了assets資源之外，其它的資源都會被賦予一個資源ID；
打包工具負責編譯和打包資源，編譯完成之后，會生成一個resources.arsc文件和一個R.java，前者保存的是一個資源索引表，后者定義了各個資源ID常量。
應用程序配置文件AndroidManifest.xml同樣會被編譯成二進制的XML文件，然后再打包到APK里面去。
應用程序在運行時通過AssetManager來訪問資源，或通過資源ID來訪問，或通過文件名來訪問。

理解了整體的流程，我們再來看看具體的細節。

資源的編譯和打包

在分析資源的編譯和打包之前，我們先來了解一下Android程序包里有哪些資源。

我們知道Android應用程序的設計也是代碼與資源相分離的，Android的資源文件可以分為兩大類：

assets：assets資源放在主工程assets目錄下，它里面保存一些原始的文件，可以以任何方式來進行組織，這些文件最終會原封不動的被打包進APK文件中。

獲取asset資源也十分簡單，如下所示：

InputStream is = getAssets.open("fileName");

res：res資源放在主工程的res目錄下，這類資源一般都會在編譯階段生成一個資源ID供我們使用。

res資源包含了我們開發中使用的各種資源，具體說來：

animator
anim
color
drawable
layout
menu
raw
values
xml

這些資源的含義大家應該都很熟悉，這里就不再贅述。

上述9種類型的資源文件，除了raw類型資源，以及Bitmap文件的drawable類型資源之外，其它的資源文件均為文本格式的XML文件，它們在打包的過程中，會被編譯成二進制格式的XML文件。這些二進制格式的XML文件分別有一個字符串資源池，用來保存文件中引用到的每一個字符串，包括XML元素標簽、屬性名稱、屬性值，以及其它的一切文本值所使用到的字符串。這樣原來在文本格式的XML文件中的每一個放置字符串的地方在二進制格式的XML文件中都被替換成一個索引到字符串資源池的整數值，這寫整數值統一保存在
R.java類中，R.java會和其他源文件一起編譯到APK中去。

前面我們提到xml編寫的Android資源文件都會編譯成二進制格式的xml文件，資源的打包都是由AAPT工具來完成的，資源打包主要有以下流程：

解析AndroidManifest.xml，獲得應用程序的包名稱，創建資源表。
添加被引用資源包，被添加的資源會以一種資源ID的方式定義在R.java中。
資源打包工具創建一個AaptAssets對象，收集當前需要編譯的資源文件，收集到的資源保存在AaptAssets對象對象中。
將上一步AaptAssets對象保存的資源，添加到資源表ResourceTable中去，用于最終生成資源描述文件resources.arsc。
編譯values類資源，這類資源包括數組、顏色、尺寸、字符串等值。
給bag、style、array這類資源分配資源ID。
編譯xml資源文件，編譯的流程分為四步：① 解析xml文件 ② 賦予屬性名稱資源ID ③ 解析屬性值 ④ 將xml文件從文本格式轉換為二進制格式。
生成資源索引表resources.arsc。

資源ID

每個Android項目里都有有一個R.java文件，如下所示：

public final class R {//...public static final class anim {public static final int abc_fade_in=0x7f010000;}public static final class attr {public static final int actionBarDivider=0x7f020000;}public static final class string {public static final int actionBarDivider=0x7f020000;}//...
}

每個資源項后的整數就是資源ID，資源ID是一個4字節的無符整數，如下所示：

最高字節是Package ID表示命名空間，標明資源的來源，Android系統自己定義了兩個Package ID，系統資源命名空間：0x01 和應用資源命名空間：0x7f。
次字節是Type ID，表示資源的類型，例如：anim、color、string等。
最低兩個字節是Entry ID，表示資源在其所屬資源類型中所出現的次序。

資源索引

上面提到，最終生成的是資源索引表resources.arsc，Android正是利用這個索引表根據資源ID進行資源的查找，為不同語言、不同地區、不同設備提供相對應的最佳資源。查找是通過Resources和AssetManger來完成的，這個我們下面會講。

resources.arsc 是一個編譯后的二進制文件，在Android Stduio里打開以后是這樣的，如下所示：

可以看到resources.arsc里存放了各類資源的索引參數和配置信息。

resources.arsc的文件格式如下所示：

注：整個文件都是有一系列chuck（塊）構成的，chuck是整個文件的劃分單位，每個模塊都是一個chuck，chuck最前面是一個ResChunk_header的結構體，用來描述整個chunk的信息，更多關于索引表格式的細節，可以查閱源碼：

? ResourceTypes.h

resources.arsc 索引表從上至下文件格式依次為：

文件頭：數據結構用ResTable_header來描述，用來描述整個文件的信息，包括文件頭大小，文件大小，資源包Package的數量等信息。
全局字符串池：存放所有的字符串，所以資源復用這些字符串，字符串里存放的是資源文件的路徑名和資源值等信息。全局字符串池分為資源類型（type）字符串池和
資源包：會有多個（例如：系統資源包、應用資源包）。

資源包也被劃分為以下幾個部分：

包頭：描述資源包相關信息。
資源類型字符串池：存放資源的類型。
資源名稱字符串池：存放資源的名稱。
配置列表：存放語音、位置等手機配置信息，用來作為查找資源的標準。

從這里可以看到resources.arsc索引表存在很多常量池，常量池的使用目的也很明顯，就是提供資源的復用率，減少resources.arsc索引表的體積，提高索引效率。

概況

參考

Android APK是如何來的呢？

懷著這個問題去查資料，發現了下邊這張圖。

解壓一個普通的apk文件后，解壓出來的文件包括：

classes.dex：.dex文件
resources.arsc：resources resources文件
AndroidManifest.xml：AndroidManifest.xml文件
res：uncompiled resources
META-INF：簽名文件夾
- MANIFEST.MF文件：版本號以及每一個文件的哈希值(BASE64)，包括資源文件。這個是對每個文件的整體進行SHA1(hash)。
- CERT.SF：這個是對每個文件的頭3行進行SHA1 hash。
- CERT.RSA：這個文件保存了簽名和公鑰證書。

具體打包過程

aapt階段

使用aapt來打包res資源文件，生成R.java、resources.arsc和res文件（二進制 & 非二進制如res/raw和pic保持原樣）

res目錄，有9種子目錄
R.java文件。里面擁有很多個靜態內部類，比如layout，string等。每當有這種資源添加時，就在R.java文件中添加一條靜態內部類里的靜態常量類成員，且所有成員都是int類型。
resources.arsc文件。這個文件記錄了所有的應用程序資源目錄的信息，包括每一個資源名稱、類型、值、ID以及所配置的維度信息。我們可以將這個文件想象成是一個資源索引表，這個資源索引表在給定資源ID和設備配置信息的情況下，能夠在應用程序的資源目錄中快速地找到最匹配的資源。