【朝花夕拾】Android效能優化篇之（四）Apk打包
前言
APK，即Android Package，是將android程式和資源整合在一起，形成的一個.apk檔案。相信所有的Android程式設計師是在IDE的幫助下，完成打包輕而易舉，但對打包流程真正清楚的可能並不多。本章的內容比較簡單，也是非常基礎的內容，但是對理解android應用的結構卻有很大的幫助。筆者寫這篇文章的目的，一方面是為了彌補這方面的盲點，回顧和梳理apk打包方面的理論知識點；第二方面，是為了給後續寫Android虛擬機器知識做鋪墊，進而去研究android的效能優化，這也是把這篇文章放到Android效能優化系列文章當中的原因；第三方面，也是為了方便讀者理解Android虛擬機器的相關內容。
對於在IDE，如Android Studio上操作打包的過程，本文不做演示，對於更深入的原始碼分析，也不在本文討論之列，出於前面說到的原因，本文只簡單闡述其打包流程，本文主要內容如下：
一、apk構建流程圖
以下截圖為Google官方提供的詳細的apk構建過程圖，其中包含了各個環節所用到的工具和中間相關的檔案。
apk構建過程（綠色部分為對應環節工具，藍色部分為相關檔案）
二、構建過程中所用工具
如下截圖展示了apk構建過程中所使用的部分工具，這些工具大部分都在sdk/build-tools/資料夾下：
程式碼混淆所用工具
打包所用工具所在的jar包
三、apk打包流程詳解
依據如上的流程圖和工具圖，下面咱們按照流程順序對其進行講解。
1、aapt打包資源
- 工具：aapt（Android Asset Package Tool Android資源打包工具）
- 工具路徑：sdkpath/build-tools/版本號/aapt.exe和aapt2.exe
- 輸入：Android資原始檔、AndroidManifest.xml
- 輸出： R.java類、二進位制的resource.arsc，res資料夾（包括二進位制的xml、沒被改變的圖片和res/raw檔案）、二進位制的AndroidManifest.xml檔案、沒有改變的assets資料夾。
Android的資原始檔包含了兩類：1）assets類資源。該類資源放在工程目錄的assets根目錄下，存放一些原始檔案，這些檔案不會被編譯為二進位制檔案，而是被原封不動地打包在apk檔案中，同樣也不能通過資源ID來查詢，不儲存在R檔案中。2）res類資源，10種目錄。這類資源儲存在工程目錄中的res目錄下，包含了animator（屬性動畫資源）、anim（補間動畫資源）、color（物件顏色狀態選擇資源）、drawable（xml或Bitmap檔案的影象資源）、layout（佈局檔案資源）、menu（程式選單資源）、mipmap（圖示資源，推薦閱讀： ofollow,noindex">drawable與mipmap的區別 ）、raw（不被編譯成二進位制檔案的資源，注意和assets資源的區別，推薦閱讀： assets和raw的區別 ）、values（6種不同的值：陣列arrays.xml、顏色值colors.xml、尺寸dimens.xml、字串strings.xml和樣式值styles.xml）、xml（描述應用程式配置資訊的資源）。
如下截圖展示了R.java的內容，其中包含了各種靜態內部類，分別對應了某種資源的型別。
R.java結構圖
以R.string類為例，其中展示了字串名稱對應的id值，就是對應在res/values資料夾下，string字串資源。
R.string結構圖
推薦閱讀： apk打包安裝過程
2、aidl生成跨程序通訊的java檔案
- 工具：aidl（Android Interface Definition Language安卓介面定義語言）
- 工具路徑：sdkpath/build-tools/版本號/aidl.exe
- 輸入：aidl字尾的檔案，位於工程專案src/main/aidl目錄下
- 輸出：可用於程序間通訊的C/S端java程式碼，位於build/generated/source/aidl
工程專案中的aidl原始檔案
aidl工具處理後生成的java檔案
3、Java編譯原始碼
- 工具：javac.exe
- 工具路徑：jdk/bin/javac.exe
- 輸入：java source資料夾、aapt中生成的R.java檔案、aidl生成的java檔案、BuildConfig.java檔案
- 輸出：對於gradle編譯，生成的class檔案儲存在build/intermediates/classes裡
BuildConfig.java和R.java檔案
輸出的class檔案
4、proguard程式碼混淆
完成javac編譯之後，一般還會對其進行程式碼的混淆，其實就是類似於加密的功能，作用就是增加反編譯的難度，同時也將一些程式碼的命名進行了縮短，減少程式碼佔用的空間。推薦閱讀： Android程式碼混淆零基礎入門 。
- 工具：ProGuard
- 工具路徑：sdk/tools/proguard/bin/proguard.bat
- 輸入：被編譯過的class檔案、混淆配置檔案proguard-rules.pro
- 輸出：被混淆過的.class檔案、混淆前後對映檔案
5、將所有.class檔案轉化為classes.dex檔案
- 工具：dx.bat
- 工具路徑：sdkpath/build-tools/版本號/dx.bat
- 輸入：編譯後生成的所有.class檔案、第三方庫和.class檔案
- 輸出：可以在Android虛擬機器上使用的.dex檔案
呼叫dx.bat將所有的class檔案轉化為classes.dex檔案，將二進位制碼轉化為Android虛擬機器（Android4.4以前虛擬機器是Dalvik，4.4上是Dalvik和ART可以切換、Android5.0及以後是ART）上的位元組碼、生成常量池、消除冗餘資料等。由於Android虛擬機器是一種針對嵌入式裝置而特殊設計的java虛擬機器，所有dex檔案與標準的class檔案在結構設計上有著很大的區別，當javac將java程式編譯成class後，dx工具將所有的class檔案整合到一個dex檔案中，這樣做使得各個類能夠共享資料，在一定程度上降低了容易，同時也使文結構更加緊湊，實驗表明，dex檔案時傳統jar檔案的50%左右。class檔案結構和dex檔案結構比對如下（該部分還會在後文講Android虛擬機器時提到）：
.class檔案和.dex檔案結構對比圖
6、apkbuilder打包生成apk
- 工具：ApkBuilder類
- 工具路徑：sdkpath/tools/lib/sdklib_xxx.jar
- 輸入：上一步生成的classes.dex檔案，aapt時生成的resources.arsc、被編譯後的res資料夾、AndroidManifest.xml，Other Resouces（assets資料夾）
- 輸出：.apk檔案(Android Package)
7、對apk進行簽名
- 工具：apksigner.bat
- 工具路徑：sdkpath/build-tools/版本號/apksigner.bat
- 輸入：上一步中生成的.apk檔案、簽名檔案（Debug or Release Keystore）
- 輸出：簽名後的.apk檔案
簽名是一個apk身份的證明，Android系統在安裝apk的時候，首先會檢驗apk的簽名，如果發現簽名檔案不存在或者校驗簽名失敗，就會拒絕安裝。對一個apk檔案簽名後，apk檔案根目錄下回增加META-INF目錄，該目錄下有三個檔案：
META-IINF資料夾結構
Android系統就是根據這三個檔案的內容對apk檔案進行簽名驗證的：
MANIFEST.MF中包含對apk中除了/META-INF資料夾外所有檔案的簽名值。
MANIFEST.MF內容截圖
CERT.SF是對MANIFEST.MF檔案整體簽名以及其中各個條目的簽名。一般地，如果是使用工具簽名，還多包括一項，就是對MANIFEST.MF頭部資訊簽名。
CERT.SF內容截圖
CERT.RSA包含用私鑰對CERT.SF的簽名以及包含公鑰資訊的數字證書。用一般的文字開啟後，會顯示亂碼。
CETR.RSA內容截圖
推薦閱讀： Android簽名有什麼用？
8、zipalign優化
如果是在release mode下，還會對apk進行align，即對簽名後的apk進行對齊處理，這種方式是對apk進行整理和優化。
- 工具：zipalign
- 工具路徑：sdkpath/build-tools/版本號/zipalign.exe
- 輸入：上一步中籤名後的apk檔案
- 輸出：優化後的apk檔案
四、APK檔案結構
一個apk解壓後，其典型的結構如下所示，分別在apk打包流程中appt資源打包、javac編譯、簽名階段所產生：
