Android 完整的apk打包流程

在Android Studio中，我们需要打一个apk包，可以在Gradle task 任务中选一个
assembleDebug/assembleRelease 任务，

控制台上就可以看到所有的构建相关task：

可以看到，这么多个task任务，执行是有先后顺序的，其实主要就是以下步骤：

//aidl 转换aidl文件为java文件

  > Task :app:compileDebugAidl


//生成BuildConfig文件

  > Task :app:generateDebugBuildConfig


//获取gradle中配置的资源文件

  > Task :app:generateDebugResValues


// merge资源文件

  > Task :app:mergeDebugResources


// merge assets文件

  > Task :app:mergeDebugAssets

  > Task :app:compressDebugAssets


// merge所有的manifest文件

  > Task :app:processDebugManifest


//AAPT 生成R文件

  > Task :app:processDebugResources


//编译kotlin文件

  > Task :app:compileDebugKotlin


//javac 编译java文件

  > Task :app:compileDebugJavaWithJavac


//转换class文件为dex文件

  > Task :app:dexBuilderDebug


//打包成apk并签名

  > Task :app:packageDebug

依靠这些关键步骤最后就能打包出一个apk。

首先看

第一步：aidl（编译aidl文件）

将项目中的aidl文件编译为java文件,AIDL用于进程间通信

第二步：生成BuildConfig文件

在项目中配置了
buildConfigField等信息，会在BuildConfig class类里以静态属性的方式展示：

第三步：合并Resources、assets、manifest、so等资源文件

在我们的项目中会依赖不同的库、组件，也会有多渠道的需求，所以merge这一步操作就是将不同地方的资源文件进行整合。
多个manifest文件也需要整理成一个完整的文件，所以如果有属性冲突这一步就会报错。资源文件也会整理分类到不同的分辨率目录中。

资源处理用的工具是aapt/aapt2

注意：AGP3.0.0之后默认通过AAPT2来编译资源，AAPT2支持了增量更新，大大提升了效率。

AAPT 工具负责编译项目中的这些资源文件，所有资源文件会被编译处理，XML 文件（drawable 图片除外）会被编译成二进制文件，所以解压 apk 之后无法直接打开 XML 文件。但是 assets 和 raw 目录下的资源并不会被编译，会被原封不动的打包到 apk 压缩包中。
资源文件编译之后的产物包括两部分：resources.arsc 文件和一个 R.java。前者保存的是一个资源索引表，后者定义了各个资源 ID 常量。这两者结合就可以在代码中找到对应的资源引用。比如如下的 R.java 文件：

实际上被打包到 apk 中的还有一些其他资源，比如 AndroidManifest.xml 清单文件和三方库中使用的动态库 .so 文件。

第四步：编译java文件（用到的工具 javac ）

1、java文件包含之前提到的AIDL 生成的java文件

2、java代码部份：通过Java Compiler 编译项目中所有的Java代码，包括R.java、.aidl文件生成的.java文件、Java源文件，生成.class文件。在对应的build目录下可以找到相关的代码

3、kotlin代码部份：通过Kotlin Compiler编译项目中的所有Kotlin代码，生成.class文件

注：注解处理器(APT,KAPT)生成代码也是在这个阶段生成的。当注解的生命周期被设置为CLASS的时候，就代表该注解会在编译class文件的时候生效，并且生成java源文件和Class字节码文件。

第五步： Class文件打包成DEX（dx/r8/d8等工具编译class文件)

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• 在原来 dx是最早的转换工具，用于转换class文件为dex文件。
  
• Android Studio 3.1之后，引入了D8编译器和 R8 工具。
  
• Android Studio 3.4之后，默认开启 R8
  具体的区别可以点击看看
  

注意：JVM 和 Dalvik（ART) 的区别:JVM执行的是.class文件、Dalvik和ART执行的.dex文件。具体的区别可以点击看看

而在编译class文件过程也常用于编译插桩，比如ASM，通过直接操作字节码文件完成代码修改或生成。

第六步：apkbuilder/zipflinger（生成APK包）

这一步就是生成APK文件，将manifest文件、resources文件、dex文件、assets文件等等打包成一个压缩包，也就是apk文件。
在老版本使用的工具是apkbuilder，新版本用的是 zipflinger。
而在AGP3.6.0之后，使用zipflinger作为默认打包工具来构建APK，以提高构建速度。

第七步： zipalign（对齐处理）

对齐是Android apk 很重要的优化，它会使 APK 中的所有未压缩数据（例如图片或原始文件）在 4 字节边界上对齐。这使得CPU读写就会更高效。

也就是使用工具 zipalign 对 apk 中的未压缩资源（图片、视频等）进行对齐操作，让资源按照 4 字节的边界进行对齐。这种思想同 Java 对象内存布局中的对齐空间非常类似，主要是为了加快资源的访问速度。如果每个资源的开始位置都是上一个资源之后的 4n 字节，那么访问下一个资源就不用遍历，直接跳到 4n 字节处判断是不是一个新的资源即可。

第八步： apk 签名

没有签名的apk 无法安装，也无法发布到应用市场。

大家比较熟知的签名工具是JDK提供的jarsigner，而apksigner是Google专门为Android提供的签名和签证工具。

其区别就在于jarsigner只能进行v1签名，而apksigner可以进行v2、v3、v4签名。

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• v1签名
  

v1签名方式主要是利用META-INFO文件夹中的三个文件。

首先，将apk中除了META-INFO文件夹中的所有文件进行进行摘要写到 META-INFO/MANIFEST.MF；然后计算MANIFEST.MF文件的摘要写到CERT.SF；最后计算CERT.SF的摘要，使用私钥计算签名，将签名和开发者证书写到CERT.RSA。

所以META-INFO文件夹中这三个文件就能保证apk不会被修改。

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• v2签名
  

Android7.0之后，推出了v2签名，为了解决v1签名速度慢以及签名不完整的问题。

apk本质上是一个压缩包，而压缩包文件格式一般分为三块：

文件数据区，中央目录结果，中央目录结束节。

而v2要做的就是，在文件中插入一个APK签名分块，位于中央目录部分之前，如下图：

这样处理之后，文件就完成无法修改了，这也是为什么 zipalign（对齐处理） 要在签名之前完成。

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• v3签名
  

Android 9 推出了v3签名方案，和v2签名方式基本相同，不同的是在v3签名分块中添加了有关受支持的sdk版本和新旧签名信息，可以用作签名替换升级。

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• v4签名
  

Android 11 推出了v4签名方案。

最后，apk得以完成打包

PMS 在安装过程中会检查 apk 中的签名证书的合法性，具体安装apk内容稍后介绍。

apk内容包含如下：

总体的打包流程图如下：