前言

上兩篇博客中提到了構(gòu)建過程的問題，之前畢業(yè)在準(zhǔn)備面試的過程中，對(duì)這個(gè)部分有過較為認(rèn)真的學(xué)習(xí)，也進(jìn)行了博客記錄，但是實(shí)際工作過程中，如果是在寫業(yè)務(wù)邏輯上，那么這方面的問題接觸的就會(huì)比較少了。逐漸的淡忘了，其次，之前所寫的文章條理性也不是很強(qiáng)，同時(shí)，最近準(zhǔn)備進(jìn)行Gradle插件的一系列博客的產(chǎn)出，其中將會(huì)涉及到很多與項(xiàng)目構(gòu)建相關(guān)的內(nèi)容。所以此文也將成為后續(xù)文章的一個(gè)鋪墊。

構(gòu)建過程

項(xiàng)目的構(gòu)建：當(dāng)我們打開一個(gè)項(xiàng)目，我們可以看到的是我們寫的Java Code文件or Other JVM Code，資源文件，Build配置文件，但是通過run the project，我們就可以得到一個(gè)在我們的Andoid設(shè)備上可以運(yùn)行的Apk，上線應(yīng)用市場(chǎng)，還需要我們對(duì)其進(jìn)行簽名處理，來確保我們App的唯一性和安全性。整個(gè)過程就是所謂的項(xiàng)目構(gòu)建。

如何實(shí)現(xiàn)整個(gè)構(gòu)建的過程，對(duì)于每一個(gè)構(gòu)建的步驟，都需要相應(yīng)的功能模塊來進(jìn)行，比如Java Code編譯，如何打成dex包等等，而這Android則為我們提供了相應(yīng)的工具，在Android Studio命令行窗口中，我們可以通過相應(yīng)的命令行來進(jìn)行控制，但是，整個(gè)構(gòu)建過程涉及到很多的步驟，很多的工具的使用，如果都通過命令行來進(jìn)行控制，勢(shì)必會(huì)相當(dāng)麻煩，因此Androd Studio等IDE則對(duì)整個(gè)過程進(jìn)行了一個(gè)打包，當(dāng)我們?cè)赗un project的時(shí)候，底層的打包工具就會(huì)被調(diào)用，打包流程都會(huì)自動(dòng)執(zhí)行。然后我們只需要對(duì)構(gòu)建文件按照自己的需求進(jìn)行相應(yīng)的配置，就可以構(gòu)建出自己所需要的項(xiàng)目。

那么，整個(gè)Andoid項(xiàng)目的構(gòu)建過程中，都執(zhí)行了那些構(gòu)建的任務(wù)呢？

首先看一下，Google官方為我們提供的詳細(xì)的構(gòu)建過程圖

構(gòu)建過程概述

如果你接觸Android開發(fā)已經(jīng)有一段時(shí)間了，我想當(dāng)你看到這張圖的時(shí)候，就會(huì)覺得很清晰。但是更多的可能會(huì)一頭霧水，如果之前沒有閱讀相關(guān)的資料的話，那么，接下來，將針對(duì)上述的構(gòu)建過程，先給出一個(gè)概述，這樣你將會(huì)整個(gè)構(gòu)建流程在心中有一個(gè)框架，然后針對(duì)其中具體的細(xì)節(jié)，進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)的講解。

圖中綠色標(biāo)注為其中用到的相應(yīng)工具，藍(lán)色代表的是中間生成的各類文件類型。

• 首先aapt工具會(huì)將資源文件進(jìn)行轉(zhuǎn)化，生成對(duì)應(yīng)資源ID的R文件和資源文件。
• adil工具會(huì)將其中的aidl接口轉(zhuǎn)化成Java的接口
• 至此，Java Compiler開始進(jìn)行Java文件向class文件的轉(zhuǎn)化，將R文件，Java源代碼，由aidl轉(zhuǎn)化來的Java接口，統(tǒng)一轉(zhuǎn)化成.class文件。
• 通過dx工具將class文件轉(zhuǎn)化為dex文件。
• 此時(shí)我們得到了經(jīng)過處理后的資源文件和一個(gè)dex文件，當(dāng)然，還會(huì)存在一些其它的資源文件，這個(gè)時(shí)候，就是將其打包成一個(gè)類似apk的文件。但還并不是直接可以安裝在Android系統(tǒng)上的APK文件。
• 通過簽名工具對(duì)其進(jìn)行簽名。
• 通過Zipalign進(jìn)行優(yōu)化，提升運(yùn)行速度（原理后文會(huì)提及）。
• 最終，一個(gè)可以安裝在我們手機(jī)上的APK了。

通過上述講解，我想對(duì)于Android項(xiàng)目的整個(gè)構(gòu)建過程，應(yīng)該有了一個(gè)很清晰的框架了，下面將針對(duì)其中的具體的細(xì)節(jié)，和前面挖的一些坑，來進(jìn)行更細(xì)致的分析，下圖是一個(gè)Android項(xiàng)目構(gòu)建過程的詳細(xì)步驟圖。

詳細(xì)構(gòu)建過程

接下來的分析，我們還是按照上述構(gòu)建過程概述的順序和流程，進(jìn)行具體的分析。

第1步：aapt打包資源文件，生成R.java和編譯后的資源（二進(jìn)制文件）

講到資源文件的處理，我們先來看一下Android中的資源文件有那些呢?Android應(yīng)用程序資源可以分為兩大類，分別是assets和res：
1. assets類資源放在工程根目錄的assets子目錄下，它里面保存的是一些原始的文件，可以以任何方式來進(jìn)行組織。這些文件最終會(huì)被原裝不動(dòng)地打包在apk文件中。如果我們要在程序中訪問這些文件，那么就需要指定文件名來訪問。例如，假設(shè)在assets目錄下有一個(gè)名稱為filename的文件，那么就可以使用以下代碼來訪問它：

AssetManager am= getAssets();    
InputStream is = assset.open("filename");  

2. res類資源放在工程根目錄的res子目錄下，它里面保存的文件大多數(shù)都會(huì)被編譯，并且都會(huì)被賦予資源ID。這樣我們就可以在程序中通過ID來訪問res類的資源。res類資源按照不同的用途可以進(jìn)一步劃分為以下10種子類型：
layout(布局文件)，drawable，xml，value，menu，raw，color，anim，animator，mipmap。
為了使得一個(gè)應(yīng)用程序能夠在運(yùn)行時(shí)同時(shí)支持不同的大小和密度的屏幕，以及支持國(guó)際化，即支持不同的國(guó)家地區(qū)和語(yǔ)言，Android應(yīng)用程序資源的組織方式有18個(gè)維度，每一個(gè)維度都代表一個(gè)配置信息，從而可以使得應(yīng)用程序能夠根據(jù)設(shè)備的當(dāng)前配置信息來找到最匹配的資源來展現(xiàn)在UI上，從而提高用戶體驗(yàn)。由于Android應(yīng)用程序資源的組織方式可以達(dá)到18個(gè)維度，因此就要求Android資源管理框架能夠快速定位最匹配設(shè)備當(dāng)前配置信息的資源來展現(xiàn)在UI上，否則的話，就會(huì)影響用戶體驗(yàn)。為了支持Android資源管理框架快速定位最匹配資源，Android資源打包工具aapt在編譯和打包資源的過程中，會(huì)執(zhí)行以下兩個(gè)額外的操作：

• 賦予每一個(gè)非assets資源一個(gè)ID值，這些ID值以常量的形式定義在一個(gè)R.java文件中。
• 生成一個(gè)resources.arsc文件，用來描述那些具有ID值的資源的配置信息，它的內(nèi)容就相當(dāng)于是一個(gè)資源索引表。包含了所有的id值的數(shù)據(jù)集合。在該文件中，如果某個(gè)id對(duì)應(yīng)的是string，那么該文件會(huì)直接包含該值，如果id對(duì)應(yīng)的資源是某個(gè)layout或者drawable資源，那么該文件會(huì)存入對(duì)應(yīng)資源的路徑。

為什么要轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制文件？

• 二進(jìn)制格式的XML文件占用空間更小。這是由于所有XML元素的標(biāo)簽、屬性名稱、屬性值和內(nèi)容所涉及到的字符串都會(huì)被統(tǒng)一收集到一個(gè)字符串資源池中去，并且會(huì)去重。有了這個(gè)字符串資源池，原來使用字符串的地方就會(huì)被替換成一個(gè)索引到字符串資源池的整數(shù)值，從而可以減少文件的大小。
• 二進(jìn)制格式的XML文件解析速度更快。這是由于二進(jìn)制格式的XML元素里面不再包含有字符串值，因此就避免了進(jìn)行字符串解析，從而提高速度。
  有了資源ID以及資源索引表之后，Android資源管理框架就可以迅速將根據(jù)設(shè)備當(dāng)前配置信息來定位最匹配的資源了。

對(duì)于具體的一些操作流程，可以參考本人之前的一篇文章APK打包安裝過程或者更偏向于源碼層級(jí)的老羅的文章。（文后參考文獻(xiàn)鏈接）

第2步：aidl

aidl，全名Android Interface Definition Language，即Android接口定義語(yǔ)言。是我們?cè)诰帉戇M(jìn)程間通信的代碼的時(shí)候，定義的接口。
輸入：aidl后綴的文件。輸出：可用于進(jìn)程通信的C/S端java代碼，位于build/generated/source/aidl。

第3步：Java源碼編譯

我們有了R.java和aidl生成的Java文件，再加上工程的源代碼，現(xiàn)在可以使用javac進(jìn)行正常的java編譯生成class文件了。

輸入：java source的文件夾（另外還包括了build/generated下的：R.java, aidl生成的java文件，以及BuildConfig.java）。輸出：對(duì)于gradle編譯，可以在build/intermediates/classes里，看到輸出的class文件。

第4步：代碼混淆（proguard）

源碼編譯之后，我們可能還會(huì)對(duì)其進(jìn)行代碼的混淆，混淆的作用是增加反編譯的難度，同時(shí)也將一些代碼的命名進(jìn)行了縮短，減少代碼占用的空間?；煜瓿芍螅瑫?huì)生成一個(gè)混淆前后的映射表，這個(gè)是用來在反應(yīng)我們的應(yīng)用執(zhí)行的時(shí)候的一些堆棧信息，可以將混淆后的信息轉(zhuǎn)化為我們混淆前實(shí)際代碼中的內(nèi)容。
而這個(gè)過程使用的工具就是ProGuard，是一個(gè)開源的Java代碼混淆器（obfuscation）。ADT r8開始它被默認(rèn)集成到了Android SDK中。 其具備三個(gè)主要功能。

• 壓縮 - 移除無效的類、屬性、方法等
• 優(yōu)化 - 優(yōu)化bytecode移除沒用的結(jié)構(gòu)
• 混淆 - 把類名、屬性名、方法名替換為晦澀難懂的1到2個(gè)字母的名字
  當(dāng)然它也只能混淆Java代碼，Android工程中Native代碼，資源文件（圖片、xml），它是無法混淆的。而且對(duì)于Java的常量值也是無法混淆的，所以不要使用常量定義平文的密碼等重要信息。同時(shí)對(duì)于混淆，我們可以通過代碼制定去混淆那些，不去混淆那些。

-keep public class com.rensanning.example.Test

第5步：轉(zhuǎn)化為dex

調(diào)用dx.bat將所有的class文件轉(zhuǎn)化為classes.dex文件，dx會(huì)將class轉(zhuǎn)換為Dalvik字節(jié)碼，生成常量池，消除冗余數(shù)據(jù)等。由于dalvik是一種針對(duì)嵌入式設(shè)備而特殊設(shè)計(jì)的java虛擬機(jī)，所以dex文件與標(biāo)準(zhǔn)的class文件在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上有著本質(zhì)的區(qū)別,當(dāng)java程序編譯成class后，使用dx工具將所有的class文件整合到一個(gè)dex文件，目的是其中各個(gè)類能夠共享數(shù)據(jù)，在一定程度上降低了冗余，同時(shí)也是文件結(jié)構(gòu)更加經(jīng)湊，實(shí)驗(yàn)表明，dex文件是傳統(tǒng)jar文件大小的50%左右。class文件結(jié)構(gòu)和dex文件結(jié)構(gòu)比對(duì)。

Dex和Class比對(duì)

第6步：apkbuilder

打包生成APK文件。舊的apkbuilder腳本已經(jīng)廢棄，現(xiàn)在都已經(jīng)通過sdklib.jar的ApkBuilder類進(jìn)行打包了。輸入為我們之前生成的包含resources.arcs的.ap_文件，上一步生成的dex文件，以及其他資源如jni、.so文件。
大致步驟為
以包含resources.arcs的.ap_文件為基礎(chǔ)，new一個(gè)ApkBuilder，設(shè)置debugMode

apkBuilder.addZipFile(f);
apkBuilder.addSourceFolder(f);
apkBuilder.addResourcesFromJar(f);
apkBuilder.addNativeLibraries(nativeFileList);
apkBuilder.sealApk(); // 關(guān)閉apk文件
generateDependencyFile(depFile, inputPaths, outputFile.getAbsolutePath());

第7步：對(duì)APK簽名

對(duì)APK文件進(jìn)行簽名。Android系統(tǒng)在安裝APK的時(shí)候，首先會(huì)檢驗(yàn)APK的簽名，如果發(fā)現(xiàn)簽名文件不存在或者校驗(yàn)簽名失敗，則會(huì)拒絕安裝，所以應(yīng)用程序在發(fā)布之前一定要進(jìn)行簽名。簽名信息中包含有開發(fā)者信息，在一定程度上可以防止應(yīng)用被偽造。對(duì)一個(gè)APK文件簽名之后，APK文件根目錄下會(huì)增加META-INF目錄，該目錄下增加三個(gè)文件：

• MANIFEST.MF
• [CERT].RSA
• [CERT]

Android系統(tǒng)就是根據(jù)這三個(gè)文件的內(nèi)容對(duì)APK文件進(jìn)行簽名檢驗(yàn)的。簽名過程主要利用apksign.jar或者jarsinger.jar兩個(gè)工具。將根據(jù)我們提供的Debug和Release兩個(gè)版本的Keystore進(jìn)行相應(yīng)的簽名。

MANIFEST.MF中包含對(duì)apk中除了/META-INF文件夾外所有文件的簽名值，簽名方法是先SHA1()(或其他hash方法)在base64()。存儲(chǔ)形式是：Name加[SHA1]-Digest。

[CERT].SF是對(duì)MANIFEST.MF文件整體簽名以及其中各個(gè)條目的簽名。一般地，如果是使用工具簽名，還多包括一項(xiàng)。就是對(duì)MANIFEST.MF頭部信息的簽名。

[CERT].RSA包含用私鑰對(duì)[CERT].SF的簽名以及包含公鑰信息的數(shù)字證書。

第8步：zipalign優(yōu)化

Zipalign是一個(gè)Android平臺(tái)上整理APK文件的工具，它首次被引入是在Android 1.6版本的SDK軟件開發(fā)工具包中。它能夠?qū)Υ虬腁ndroid應(yīng)用程序進(jìn)行優(yōu)化， 以使Android操作系統(tǒng)與應(yīng)用程序之間的交互作用更有效率，這能夠讓應(yīng)用程序和整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行得更快。用Zipalign處理過的應(yīng)用程序執(zhí)行時(shí)間達(dá)到最低限度，當(dāng)設(shè)備運(yùn)行APK應(yīng)用程序時(shí)占更少的RAM。

• Zipalign如何進(jìn)行優(yōu)化的呢？

調(diào)用buildtoolszipalign，對(duì)簽名后的APK文件進(jìn)行對(duì)齊處理，使APK中所有資源文件距離文件起始偏移為4字節(jié)的整數(shù)倍，從而在通過內(nèi)存映射訪問APK文件時(shí)會(huì)更快。同時(shí)也減少了在設(shè)備上運(yùn)行時(shí)的內(nèi)存消耗。如果對(duì)于為何提速不理解，那么可以看下內(nèi)存對(duì)齊的規(guī)則以及作用該篇文章，對(duì)于內(nèi)存對(duì)齊的好處有比較生動(dòng)詳細(xì)的解釋。最終這樣我們的APK就生成完畢了。

典型的APK中內(nèi)容

• AndroidManifest.xml 程序全局配置文件
• classes.dex Dalvik字節(jié)碼
• resources.arsc 資源索引表
• META-INF該目錄下存放的是簽名信息
• res 該目錄存放資源文件
• assets該目錄可以存放一些配置或資源文件

總結(jié)

至此，對(duì)于Andoid項(xiàng)目構(gòu)建過程的分析已經(jīng)完成，當(dāng)然，并沒與深入到源碼層級(jí)的分析，本文的旨在對(duì)于構(gòu)建過程流程上的了解和其中一些優(yōu)化的原因所在，為后續(xù)通過Gradle插件hook構(gòu)建過程來做一定的操作，做一個(gè)鋪墊。

參考文章

Android APK 簽名原理及方法
改善android性能工具篇【zipalign】
Android應(yīng)用程序資源的編譯和打包過程分析
Android資源管理框架（Asset Manager）簡(jiǎn)要介紹和學(xué)習(xí)計(jì)劃
Android代碼混淆之ProGuard