Android APK编译打包过程

一、概览

  • APK是AndroidPackage的缩写,即Android安装包,将其发送至Android手机或模拟器中执行即可安装,下图展示了我们日常开发中从点击运行Android Project到应用在设备上启动所经历的大体过程:

    运行Android Project的大体过程
  • APK是zip格式文件,但后缀名被修改为apk,通过UnZip解压后,可以看到其包含如下文件:

    APK目录结构
    • resources.arsc:该文件是包含配置信息的资源查询表,起着连接代码与资源的作用。Dex 文件中的 R.class 仅包含资源 id,AssetManager 会利用 id 到 arsc 表中查询与当前设备信息最匹配的资源文件路径(或资源内容)。

    • AndroidManifest.xml:Project中AndroidManifest.xml编译后得到的二进制xml文件

    • META-INF:应用签名信息,该目录在应用签名后生成,用于校验资源文件是否被篡改,防止二次打包时资源文件被替换,主要包括下面三个文件:

      • CERT.RSA:保存公钥、加密算法及其私钥加密后的内容。
      • MANIFEST.MF:摘要文件,包含APK内所有文件的路径及其 SHA1/SHA256 值。
      • CERT.SF:对摘要的签名文件,包含APK内所有文件的路径,及其在 MANIFEST.MF 中对应信息的 SHA1/SHA256 值。
    • res:Project中res目录下(除了 values)资源文件编译后得到的二进制xml文件,这些文件路径同时会体现在 resources.arsc 中。

    • classes.dex:Dex是DalvikVM executes的缩写,即Android Dalvik可执行程序。APK 中可能包含一个或多个 classes.dex 文件,应用程序内的 Java/Kotlin 源码最终会以 dalvik 字节码的方式存在于 classes.dex 文件中

    • lib:native libraries,即源码工程 jni 目录下的 so 文件,二级目录必须为 NDK支持的 ABI。因为本项目为新建项目,没有libs目录,所以解压APK也没有lib

    • assets:与 res/ 资源目录不同,assets/ 下的资源文件不会在 resources.arsc 中生成查询条目,且 assets/ 下的资源目录可完全自定义,业务代码获取 assets 资源和 res 资源的方式也完全不同。因为本项目为新建项目,没有assets目录,所以解压APK也没有assets

二、具体过程

APK编译打包的具体过程
  • 在APK编译打包过程中,用到了以下工具,这些工具大部分位于Android SDK的build-tools目录下:

    • aapt:全称Android Asset Packaging Tool,即Android资源打包工具

    • aidl:将.aidl文件转换为.java文件的工具

    • Java Compiler:java编译器,将.java文件转换为.class文件的工具,运行命令javac

    • dex:将.class文件转换为Davik VM能识别的.dex文件的工具,运行命令dx

    • apkbuilder:生成APK的工具

    • Jarsigner:.jar文件的签名工具

    • zipalign:字节码对齐工具

  • Android Project编译打包主要分为如下7个步骤:

    1. aapt过程:使用aapt/aapt2打包res目录资源文件,生成R.java、resources.arsc和res目录。

      • R.java保存了res目录下所有资源的id,数据类型都是整型,我们在程序中都是通过使用Android API依据R文件中的资源id来获取对应资源

        R文件结构
    2. aidl生成Java文件:AIDL是Android Interface Definition Language的缩写,是Android跨进程通讯的一种方式,该阶段会检索Project中所有的aidl文件,并转换为对应的Java文件。

    3. javac编译:使用JDK里的javac编译Project src目录下的Java源文件、R.java以及aidl生成的Java文件,并生成.class文件。

    4. 生成DEX文件:通过dx工具将.class文件转换为classes.dex,目前的gradle multi-dex编译方式会生成classes2.dex ... classesN.dex。

    5. 打包生成APK:使用apkBuilder将resources.arsc、res目录、AndroidManifest.xml、assets目录、dex文件打包成初始APK,具体逻辑是在com.android.sdklib.build.ApkBuilder中实现的。

    6. 签名apk文件:使用apksigner为APK添加签名信息

    7. zipalign优化签名包:使用zipalign工具对签名包进行内存对齐操作,即优化安装包的结构。

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