一款Android APK的结构构成解析

作者：hockeyli，腾讯 PCG 客户端开发工程师

一、 APK 组成解析

在开始解析 Android 构建流程之前，我们先来看下构建的最终产物 APK 的整体组成：

APK 主要由五个部分组成，分别是：

• Dex：.class 文件处理后的产物，Android 系统的可执行文件
• Resource：资源文件，主要包括 layout、drawable、animator，通过 R.XXX.id 引用
• Assets：资源文件，通过 AssetManager 进行加载
• Library：so 库存放目录
• META-INF：APK 签名有关的信息

1.1 Apk 分析工具

工欲善其事，必先利其器，既然想分析 APK 必然少不了好用的工具。

① Android Studio 自带的 APK 分析器

通过 APK 分析器，我们可以完成这些操作：

• 查看 APK 中文件（如 DEX 和 Android 资源文件）的绝对大小和相对大小
• 了解 DEX 文件的组成
• 快速查看 APK 中文件（如 AndroidManifest.xml）的最终版本
• 对两个 APK 进行并排比较

② ClassyShark 可以做为 AS 自带 APK 分析器的补充，帮我们分析 dex 中的详细数据，以及查看 APK 中的总方法数以及各个模块的方法数分布。

1.2 Dex 知识点拓展

当我们在 Android 查看一个 APK 的时候，可以看到右上角有 Defined Methods 和 Referenced Methods，但大多数人可能不知道这两者的区别，这里简单说明下：

Defined Methods：在这个 Dex 中定义的方法；Referenced Methods：Defined Methods 以及 Defined Methods 引用到的方法。

Android 有 64K 引用限制，当 type_ids、method_ids 或者 field_ids 超过 65536（64 * 1024）的时候，需要进行 dex 分包，为了 Dex 的数量尽可能少，我们需要尽量实现「Dex 信息有效率」的提升。

Dex 信息有效率 = Defined Methods 数量 / Referenced Methods 数量

二、 构建源码导读

当我们用 Android Studio 进行安装包构建的时候，会发现其实是运行了一连串的 Task，也就是说其实是这些 task 的配合，最终构建出我们的 APK 的。

2.1 源码引入

如果我们想更了解 Android 的构建流程，对于相关的源码肯定是要有所了解的。那我们如何看到这些 Task 相关的源码呢，我们知道 Android 是用 Gradle 进行构建的，也就意味着这些 task 其实都是放在 Gradle 中，我们想看 Gradle 中源码的话，可以在 build.gradle 将 Gradle 进行编译。

compileOnly "com.android.tools.build:gradle:3.0.1"

编译完之后，可以在 ApplicationTaskManager#createTasksForVariantScope 中找到创建这些 Task 相关的代码，也就意味着顺藤摸瓜找到这些 Task 的真正实现逻辑。

2.2 BuildConfig Task 详解

这里以 BuildConfig 文件的生成为例，来梳理下如何查看某个 task 的代码逻辑。

生成 BuildConfig 文件，是通过 ApplicationTaskManager 中通过 createBuildConfigTask 来创建对应的 task。

顺着代码逻辑，我们找到最终真正实现这个逻辑的是：GenerateBuildConfig 这个 task，GenerateBuildConfig 是继承自 BaseTask，这里有个小技巧是，Task 中真正的执行逻辑都是在带着 @TaskAction 注解的方法上的，所以我们能很快找到对应的 generate() 方法。可以看到生成 BuildConfig 整体的逻辑还是比较简单的，其实就是将 build.gradle 中自带的属性以及我们自定义的属性进行读取，然后通过 JavaWriter 生成对应的 BuildConfig 文件。

2.3 获取所有 task 对应的类名

看到上面的例子，可能有些人会抛出一个疑问就是那我们怎么确定构建中执行的 task 具体对应哪个类呢，这里提供一个小技巧，其实我们可以在 taskGraph 构建完成之后，将所有 task name 以及对应的 class 进行打印。例如在 build.gradle 中加入这个代码之后，我们在运行的时候，就会把 task 所对应的类名也都一起打印出来。

三、构建流程梳理

可以看到 Android 构建中会涉及到多个工具，我们可以通过 open $ANDROID_HOME/build-tools 来查看相关的构建工具。

四、手动构建 APK

最后我们通过命令行来手动打包一个可执行的 APK，能让我们对 APK 构建的理解更加深入。首先需要准备下 代码、资源文件、AndroidManifest 这些构建 APK 的必要文件。

① 通过 aapt2 compile 将 res 资源编译成 .flat 的二进制文件：

aapt2 compile -o build/res.zip --dir res

② 通过 aapt2 link 将 .flat 和 AndroidManifest 进行连接，转化成不包含 dex 的 apk 和 R.java：

aapt2 link build/res.zip -I $ANDROID_HOME/platforms/android-30/android.jar --java build --manifest AndroidManifest.xml -o build/app-debug.apk

③ 通过 javac 将 Java 文件编译成 .class 文件：

javac -d build -cp $ANDROID_HOME/platforms/android-30/android.jar com/**/**/**/*.java

④ 通过 d8 将 .class 文件转化成 dex 文件：

d8 --output build/ --lib $ANDROID_HOME/platforms/android-30/android.jar build/com/tencent/hockeyli/androidbuild/*.class

⑤ 合并 dex ⽂件和资源⽂件：

zip -j build/app-debug.apk build/classes.dex

⑥ 对 apk 通过 apksigner 进行签名：

apksigner sign -ks ~/.android/debug.keystore build/appdebug.apk

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