APK构建过程-命令行编译

官方对APK构建过程的介绍

官方 - 构建流程介绍

典型 Android 应用模块的构建流程，按照以下常规步骤执行：

1. 编译器将您的源代码转换成 DEX 文件（Dalvik 可执行文件，其中包括在 Android 设备上运行的字节码），并将其他所有内容转换成编译后的资源。
2. 打包器将 DEX 文件和编译后的资源组合成 APK 或 AAB（具体取决于所选的 build 目标）。 必须先为 APK 或 AAB 签名，然后才能将应用安装到 Android 设备或分发到 Google Play 等商店。
3. 打包器使用调试或发布密钥库为 APK 或 AAB 签名：
   • 如果您构建的是调试版应用（即专门用来测试和分析的应用），则打包器会使用调试密钥库为应用签名。Android Studio 会自动使用调试密钥库配置新项目。
   • 如果您构建的是打算对外发布的发布版应用，则打包器会使用发布密钥库（您需要进行配置）为应用签名。
   • 在 Android Studio 中为应用签名
4. 在生成最终 APK 之前，打包器会使用 zipalign 工具对应用进行优化，以减少其在设备上运行时所占用的内存。

构建流程结束时，您将获得应用的调试版或发布版 APK/AAB，以用于部署、测试或向外部用户发布。

精通APK构建

APK的一般生成步骤

1. 打包资源文件 aapt/aapt2
   • 生成R文件
   • 生成编译后的资源文件
2. aidl生成java文件 aidl
3. Java代码生成class文件 javac
4. class文件生成dex文件 dx/d8/r8
5. 打包（未签名）apk apkbuilder
6. 签名apk jarsigner/apksigner
7. 对齐apk zipalign

注：官方对上述部分命令行工具的使用有介绍：[ 官方指导：命令行工具 ]

1. 打包资源文件 aapt/aapt2

• aapt/aapt2：ANDROID_SDK/build-tools/

见[ 官方指导：命令行工具-aapt2 ]

aapt package -f -m -J ./gen -S res -M AndroidManifest.xml -I D:\android.jar

-f 如果编译生成的文件已经存在，强制覆盖。
-m 使生成的包的目录存放在-J参数指定的目录
-J 指定生成的R.java 的输出目录路径
-S 指定res文件夹的路径
-I 指定某个版本平台的android.jar文件的路径
-A 指定assert文件夹的路径

aapt 入口为 frameworks/base/tools/aapt/Main.cpp ，其中对 assets文件夹路径、res文件夹路径、AndroidManifest文件等会采取不同的策略。

对assets目录下的资源不进行编译，会被原封不动的打入apk中，也就是说assets不会被压缩。

AndroidManifest.xml会被aapt编译成二进制。

res下的资源，大多会被编译成针对Android平台优化过的二进制文件。对drawable下的png默认会进行压缩处理（raw目录下除外）

资源文件（res/下的文件） ---AAPT---|---> R.java（资源索引表）
                                |---> resource.arsc 资源文件
                                |---> res文件(二进制&非二进制如res/raw和pic保持原样)

// 每个资源ID占4字节
public final class R {
    
    
    public static final class anim {
    
    
        public static int fade_in = 0x7f010001;
        public static int fade_out = 0x7f010002;
    }
}
// 第一位字节 0x7f 表示 packageID ,用来限定资源的来源。系统资源包是 0x01，SharedLibrary类型资源包是 0x00， 普通App包则是 0x7f； 
// 次一位字节 01 表示 TypeID，用来表示资源类型，如 drawable、layouts、anims、color、menu 等；
// 后2字节 0001/0002 表示 EntryID，指的是每一个资源在对应的 TypeID 中出现的顺序

resources.arsc 是一个App的资源索引表，可以理解为一个map映射表，map的key是 R.java 中的资源ID，而 value 就是其对应的资源所在路径，通过 R.java 文件和 resources.arsc 就可以在代码中找到对应的资源引用。

res/raw和assets的相同点：

1. 两者目录下的文件在打包后会原封不动的保存在apk包中，不会被编译成二进制。

res/raw和assets的不同点：

1. res/raw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，通过文件名访问。
2. res/raw不可以有目录结构，而assets则可以有目录结构，也就是assets目录下可以再建立文件夹

2. aidl生成java文件 aidl

• aidl：ANDROID_SDK/build-tools/

3. Java代码生成class文件 javac

• javac：jdk/

javac -target 1.7 -bootclasspath D:\android-sdk-windows\platforms\android-8\android.jar -d bin src\demo\project\*.java gen\demo\project\R.java

-target <版本>           生成特定 VM 版本的类文件
-bootclasspath <路径>    覆盖引导类文件的位置
-d <目录>                指定存放生成的类文件的位置
-sourcepath <路径>       指定查找输入源文件的位置

Javac 入口为 com.sun.tools.javac.main.JavaCompiler 类，主要逻辑集中在 compile() 和 compile2() 方法中

4. class文件生成dex文件 dx/d8/r8

• dx：ANDROID_SDK/build-tools/
  • 最老、仅支持编译dex（dexing）
• d8：ANDROID_SDK/build-tools/（高版本sdk才提供）
  • 较新，用于替代dx，支持编译dex（dexing）与脱糖（desugaring）
• r8：/Applications/Android Studio.app/Contents/plugins/android/lib/r8.jar
  • 最新，相当于 ProGuard + d8，支持缩减（shrinking）、编译dex（dexing）与脱糖（desugaring）
  • sdk未提供r8.jar，网上也没有下载，需自行下载源码编译jar包，但有点麻烦，可在Android Studio/plugin/目录中找到

注：关于dex生成的发展史，可以参考我的另一篇文章：[通过命令行进行R8混淆]

dx用法

dx --dex --output=D:\ProjectDemo\bin\classes.dex D:\ProjectDemo\bin

--output=<要生成的classes.dex路径> <要处理的class文件的路径>

d8用法

见[ 官方指导：命令行工具-d8 ]

# debug mode
$ java -jar build/libs/d8.jar --output out input.jar
# release mode
$ java -jar build/libs/d8.jar --release --output out input.jar
# example: java -jar build/libs/d8.jar --release --output . --pg-conf ./proguard-project.txt ./input.jar

r8用法

$ java -jar build/libs/r8.jar --release --output out --pg-conf proguard.cfg input.jar

ANDROID_SDK中提供的有些jar包由于没有指定入口类main方法，不能直接通过 -jar 执行，可通过 -cp 显式的指定入口，举例：

java -cp r8.jar com.android.tools.r8.R8 --help

5. 打包（未签名）apk apkbuilder

• apkbuilder：
  • 较老SDK：ANDROID_SDK/tools/
  • 较新SDK：ANDROID_SDK/tools/lib/sdklib.jar

apkbuilder只是一个脚本，实际上调用的是 ANDROID_SDK/tools/ 下的jar包中的 com.android.build.ApkBuilderMain 类。
这个jar包在低版本SDK中是哪个我没注意看过。而高版本SDK中已经不提供 apkbuilder 了，但 ANDROID_SDK/tools/lib/sdklib.jar 中有ApkBuilderMain类，可以使用（未指定Main方法入口，调用时需显式的指定：java -cp sdklib.jar com.android.build.ApkBuilderMain --help）。

apkbuilder D:\ProjectDemo\bin\projectdemo.apk -v -u -z D:\ProjectDemo\bin\resources.ap_ -f D:\ProjectDemo\bin\classes.dex -rf D:\ProjectDemo\src 

-v Verbose 显示过程信息
-u 创建一个无签名的包
-z 指定apk资源路径
-f 指定dex文件路径
-rf 指定源码路径

6. 签名apk jarsigner/apksigner

• jarsigner：v1签名，jdk/bin/，参考 [jarsigner指导文档]
• apksigner：v2签名，ANDROID_SDK/build-tools/

jarsigner用法

jarsigner -digestalg SHA1 -sigalg MD5withRSA -keystore mykeystore.key -storepass STORE_PASS MY_APP.apk KEY_ALIAS

-verbose    签名/验证时输出详细信息
-keystore   密钥库位置
-storepass  用于密钥库完整性的口令
-keypass    专用密钥的口令（如果不同）
-signedjar  已签名的 JAR 文件的名称 （第一个apk是签名之后的文件， 第二个apk是需要签名的文件）

apksigner用法

见[ 官方指导：命令行工具-apksigner ]

• apksigner：ANDROID_SDK/build-tools/

apksigner sign --ks **.keystore --ks-key-alias [别名] --ks-pass pass:[别名密码] --key-pass pass:[证书密码] --out [签名后文件存放路径] [未签名的文件路径]

// 私钥和证书必须提供，有两种方式：
--ks：指定密钥库文件（即.keystore/.jks，私钥和证书被存放其中）
--key 和 --cert：分别指定私钥和证书，私钥必须使用 PKCS #8 格式(.pk8)，证书必须使用 X.509 格式(x509.pem)。

7. 对齐apk zipalign

见[ 官方指导：命令行工具-zipalign ]

• zipalign：ANDROID_SDK/build-tools/

• 若使用v1签名，zipalign 必须在签名后进行
• 若使用v2签名，zipalign 必须在签名前进行

// 对齐
zipalign -p -f -v 4 infile.apk outfile.apk
// 确认existing.apk的对齐方式
zipalign -c -v 4 existing.apk

-c	仅检查对齐情况（不会修改文件）。
-f	覆盖现有输出文件。
-h	显示工具帮助。
-p	使未压缩的 .so 文件对齐页面。
-v	详细输出。
-z	使用 Zopfli 重新压缩。

zipalign是一个zip归档文件对齐工具，它将zip（apk也是zip文件）中的所有未压缩文件相对于文件开头对齐（偏移为4字节的整数倍），这样就可以通过内存映射（mmap）访问这些文件，而无需在 RAM 中复制这些数据，既高效又减少了应用的内存使用。

CPU在处理内存数据时，并非一次提取一个memory cell，通常是提取一组相邻内存单元。在32-bit machine，CPU一次从内存中读取4个连续的memory cell(4-byte) 。4 byte chunk(4字节流) 为一个读取周期。比如，读取一个int型 数据时，需要一个读取周期(int 占4 byte)，读取Double型，则需要2个读取周期。

注：上图是以c代码为例，c语言中 1char = 1byte，而在java中 1char=2byte。

附加：smali工具

baksmali：将dex编译为smali

java -jar baksmali-1.3.2.jar -o classout/ classes.dex

smali：将smali反编译成dex

java -jar smali-1.3.2.jar classout/ -o classes.dex