Android APK组成&编译打包流程详解

Android APK组成&编译打包流程详解

引用

CSDN

1.

https://blog.csdn.net/weijiangbc0/article/details/145939094

Android APK（Android Package）是Android应用的安装包文件，其组成和打包流程涉及多个步骤和文件结构。本文将详细介绍APK的内部结构、打包流程、构建工具链的演进以及虚拟机的发展历程，帮助开发者更好地理解Android应用的构建过程。

一、APK的组成

APK是一个ZIP格式的压缩包，包含应用运行所需的所有文件。解压后主要包含以下内容：

1. classes.dex

• 由Java/Kotlin代码编译后的Dalvik/ART字节码文件。
• 如果方法数超过65536，会生成多个classes2.dex、classes3.dex等（需启用MultiDex）。

2. resources.arsc

• 编译后的二进制资源索引表，包含字符串、布局、颜色等资源的映射关系，用于快速查找资源。

3. AndroidManifest.xml

• 应用的配置文件（二进制格式），声明包名、权限、组件（Activity/Service等）、最低SDK版本等。

4. res/目录

• 存放编译后的资源文件（图片、布局XML、动画等），原始XML会被编译为二进制格式以优化读取效率。

5. assets/目录

• 存放原始资源文件（如字体、配置文件），通过AssetManager直接访问，不参与资源ID生成。

6. lib/目录

• 存放原生库（.so文件），按CPU架构分目录（如armeabi-v7a、arm64-v8a、x86）。

7. META-INF/目录

• 包含应用签名信息（MANIFEST.MF、CERT.SF、CERT.RSA），用于验证APK完整性。

8. kotlin/目录

• 如果使用Kotlin，会包含Kotlin标准库的相关文件。

9. 其他文件

• 如ProGuard/R8生成的映射文件（mapping.txt）、AAPT2生成的资源映射等。

二、APK打包流程

Android应用的构建流程通过Gradle和Android构建工具链（如AAPT2、D8、R8等）完成，主要步骤如下：

1. 资源处理

• 工具：AAPT2 (Android Asset Packaging Tool)
• 编译res/下的资源文件（XML、图片等），生成resources.arsc和二进制XML。
• 生成R.java文件，为每个资源分配唯一ID。

2. 代码编译

• Java/Kotlin编译
• 将Java/Kotlin源代码编译为.class文件（javac或kotlinc）。
• DEX转换
• 使用D8或R8工具将.class文件转换为Android虚拟机所需的.dex文件，优化字节码并可能启用代码混淆（通过R8）。

3. 资源与代码合并

• 工具：Android Gradle Plugin
• 合并所有模块的资源文件，处理资源冲突。
• 将classes.dex、resources.arsc、lib/、assets/等文件打包到临时APK中。

4. 原生库处理

• 将JNI库（.so文件）按CPU架构分类，并打包到APK的lib/目录。

5. APK签名

• 工具：apksigner或jarsigner
• 使用开发者密钥对APK进行签名，确保应用来源可信且未被篡改。
• 生成META-INF/目录下的签名文件。

6. APK对齐优化

• 工具：zipalign
• 对APK中的未压缩文件进行内存对齐（4字节边界），提升运行时加载效率。
• zipalign主要工作是将apk包进行对齐处理。使apk包中的所有资源文件，起始偏移为4字节的整数倍，这样通过mmap内存映射访问apk时的速度会更快。

三、详细构建流程图

源代码 (Java/Kotlin)  --> 编译 --> .class 文件 --> D8/R8 --> classes.dex
资源文件 (res/, assets/) --> AAPT2 --> resources.arsc + 二进制 XML
原生库 (JNI) --> 按架构分类打包到 lib/
合并所有文件 --> 未签名 APK --> 签名 --> 签名后的 APK --> zipalign 对齐 --> 最终 APK  

四、构建工具链演进

• AAPT → AAPT2：支持增量资源编译，提升构建速度。
• DX → D8：更快的DEX编译，更好的字节码优化。
• ProGuard → R8：将代码压缩（Shrinking）、优化（Optimization）、混淆（Obfuscation）与DEX编译合并为一步。

五、优化与扩展

• Android App Bundle (AAB)：Google推出的动态分发格式，按设备配置生成优化后的APK。
• Split APKs：根据屏幕密度、ABI等拆分APK，减少用户下载体积。
• 资源混淆：通过工具（如AndResGuard）对资源文件名进行混淆，进一步缩减APK体积。

六、虚拟机演进

虚拟机是一个可以运行class、odex、oat可执行文件的运行环境；
常见的虚拟机有Java虚拟机、Dalvik虚拟机、ART虚拟机；
Java虚拟机：运行的class字节码文件，运行程序时解码class文件中的内容；基于栈架构，需要频繁在栈上读写数据，造成较多的指令分派，更多的内存访问次数，比较耗费CPU时间；
编译时：Java源码，使用javac编译器，编译成class字节码文件；运行时：类加载器通过Java类库验证字节码，验证通过会后进入Java虚拟机，进入Java解释器或即时编译器，然后进入运行时系统，之后进入操作系统，然后调用硬件；
Dalvik虚拟机：基于JIT机制(即时编译技术)
Android 5.0以下使用的虚拟机是Dalvik虚拟机，该虚拟机的可执行文件是dex文件，该文件比class字节码文件更小；JIT(Just In Time)即时编译技术，对应Dalvik虚拟机；基于寄存器架构，通过寄存器间接访问数据，该方式比基于栈架构速度更快；
ART虚拟机：
Android 5.0以上使用的虚拟机是ART虚拟机；AOT(Ahhead Of Time)预编译技术, 对应ART虚拟机；Java虚拟机/Dalvik虚拟机/ART虚拟机都向上层提供了3个接口JNI_GetDefaultJavaVMInitArgs JNI_CreateJavaVM JNI_GetCreatedJavaVMS；虚拟机之间可实现无缝衔接；
Dalvik虚拟机与ART虚拟机区别：虚拟机中有个persist.sys.dvlvik.vm.lib字段，如果该字段存储的是libdvm.so，该虚拟机是Dalvik虚拟机；如果该字段存储的是；ibart.so，该虚拟机是ART虚拟机；
Dalvik虚拟机与ART虚拟机可执行文件：
Dalvik虚拟机加载dex文件加载时不是直接加载dex文件，加载执行的是odex文件，odex文件是通过dexopt工具对dex进行优化生成的；
ART虚拟机加载dex文件时加载的是oat文件，oat文件时通过dex2oat工具对dex文件进行优化生成的；
通过理解APK的组成和打包流程，开发者可以更好地优化应用性能、调试构建问题，并掌握高级构建技术（如模块化、动态交付）。