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Android 构建过程分析

原创

QQ音乐技术团队

修改于 2017-11-08 01:46:09

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前言

或许我们都知道Android构建会经历资源合并打包、源码编译、dex生成及打包签名等步骤，可是不是每个人对这些过程中发生的事情都了然于心呢？或许不然，于是带着好奇心开始了对Android gradle plugin的学习，现简要整理一下。

资源合并

如果项目引入了android support包，又或许依赖于其它第三方aar库，那构建前会将aar解压并与本地资源合并，这里的资源主要包括assets目录，res目录及Androidmanifest.xml。

当第三方依赖中的assets或res文件与本地文件有冲突时，会优先选用本地文件。但res/values略有不同，此目录下的strings.xml、color.xml、styles.xml等文件会被整合到一个叫values.xml的文件中去，后与各第三方依赖中的values.xml进行内容上的合并，不会像res其它子目录文件一样直接舍弃第三方冲突文件。

Androidmanifest.xml的合并相比来说则要复杂一些，除了第三方依赖中的manifest，项目还可以在不同目录下分别拥有manifest文件。构建过程中，会根据manifest中元素、属性及赋值来生成一个manifest文件，并应用于后续的打包过程。gradle为不同的manifest赋予了不同的优先级，其顺序如下：

buildType 设置 > productFlavor 设置 > src/main > dependency&library

XML元素及属性的冲突会根据以下规则进行解决：

当然也会有一些例外的：

uses-feature android:required与uses-library android:required默认为true，根据or规则合并；
如未指定uses-sdk，minSdkVersion跟targetSdkVersion将被设置为1。而冲突时会使用高优化级的设置；
若library的minSdkVersion高于src/main的设置，则会引发error，但可通过overrideLibrary解决。若未指定targetSdkVersion，则其值与minSdkVersion一致；
若library的targetSdkVersion低于src/main的设置，需要添加一些额外的权限保证library能正常运行；
manifest元素只与子manifest元素合并；
intent-filter元素在合并中不会被改变，只会被添加到其父节点中去；

冲突发生时，可通过合并冲突标记进行解决，需要引入android tools命名空间，详情请参阅官方文档。另外，manifest在对文件进行合并后，还会根据build.gradle的设置覆盖相关属性。

AAPT打包

资源合并后，即进入到编译阶段，先会把项目资源中的xml编译成二进制并生成R.java及资源索引表resources.arsc，其流程如下：

由图可见，assets是不需要做任何处理的，res/raw只需分配id后与assets一起直接打包到应用程序中；基于下述原因，其它xml文件则会被编译成二进制。

编译过程中，会把xml中的字符串进行收集去重，形成字符串资源池，元素中用到字符串的地方将被替换成相应的索引。另外，标签属性/値都会转换为资源id，进一步减少文件大小；
二进制格式的xml把标签属性/値转换为资源id后，避免了字符串解析，从而提高了解析速度；

经过AAPT（Android Asset Packaging Tool）处理后，会输出2个文件：一个R.java，为项目各资源分配了不同的id，将和java源码一起参与到后续的编译过程，id为4字节无符号整数，最高字节表示package id，次高字节表示type id，后2字节表示资源在当前类型中出现的序号，如R.string.appname=0x7f07006b中的0x7f代表当前正在编译的资源包，0x07代表string类型，0x006b代表app_name在string类型中出现的序号；另一个为app.ap，实际上为一个压缩包，包含了assets、res、Androidmanifest.xml与resources.arsc

资源索引表resources.arsc记录了从资源id到文件路径的转换关系，当应用通过Resources类获取res文件资源时，会先从resources.arsc中拿到文件路径，然后通过AssetManager进行访问。

Application Component -> resources.arsc -> AssetManager -> apk

从上述流程中可以看到，若要进行资源的混淆，可在分析resources.arsc格式后，修改内容中文件路径的指向并对资源文件进行相应的重命名即可。

另外，AAPT还可对png图进行优化、指定文件以stored还是deflated模式添加到压缩包中等操作。

源码编译

当项目中包含aidl时，会先调用aidl工具生成java代码；renderscript亦然，需要先调用llvm-rs-cc，只是它不仅会自动生成java文件，还会产生相应的.bc文件，.bc文件将打包到apk中

至此，java代码都已准备完毕。下一步要进行的是通过javac命令将java源码编译成.class字节码，用以编译的classpath包含以下内容：

android.jar，具体版本由targetSdkVersion指定；
build.gradle中添加的第三方依赖；

编译后可对代码进行混淆处理，主要包括删除无用类、字节码优化、重命名等操作，只需在build.gradle中配置混淆规则即可

buildTypes {
    release {
        minifyEnabled true
        proguardFiles getDefaultProguardFile('proguard-android.txt')
        proguardFile 'proguard/proguard-rules.pro'
    }
}

生成dex

如果项目涉及分dex，那在调用dx命令前，需要做一些准备的工作，把编译后的class文件打包成jar包allclasses.jar，然后生成主dex中必须包含的文件列表。主要包括collect、shrink及create 3个步骤。

首先会通过Androidmanifest.xml过滤出项目中使用到的四大组件（Activity、Service、receiver、provider）、Application及Instrumentation，并写入manifest_keep.txt文件，这些都是会默认添加到主dex的，无须手动设置。除此之外，默认添加的还有继承于 BackupAgent 及 Annotation 的类。若有额外的类需要被加入到主dex中，可以新建一个文件并以proguard的语法指定，然后在build.gradle中把此文件配置到multiDexKeepProguard中去。此过程关键代码如下：

void generateKeepListFromManifest() {
    SAXParser parser = SAXParserFactory.newInstance().newSAXParser()
    Writer out = new BufferedWriter(new FileWriter(getOutputFile()))    try {
        parser.parse(getManifest(), new ManifestHandler(out))        // add a couple of rules that cannot be easily parsed from the manifest.
        out.write("""-keep public class * extends android.app.backup.BackupAgent {<init>();}
-keep public class * extends java.lang.annotation.Annotation {*;}
""")        if (proguardFile != null) {
            out.write(Files.toString(proguardFile, Charsets.UTF_8))
        }
    } finally {
        out.close()
    }
}

这个时候，会执行一个叫shrinkXxxMultiDexComponents（Xxx为build types名称）的任务。实际上是调用了proguard，只是要比常规的proguard简单一些，不执行混淆、优化跟预检几个步骤，只需要shrink即可，以allclasses.jar为输入、manifest_keep.txt为混淆配置文件，把指定内容及其引用标记起来，然后添加到componentClasses.jar中去。

public void execute(ProGuardTask proguardComponentsTask) {
    proguardComponentsTask.dontobfuscate();
    proguardComponentsTask.dontoptimize();
    proguardComponentsTask.dontpreverify();    // 方法未完，略过...}

到了CreateMainDexList，会调用dx命令，传入allclasses.jar、componentClasses.jar，分析后者依赖，把它直接引用的类也添加到主dex中，并生成新的multidex配置文件maindexlist.txt，至此，准备工作完成。

经过上一阶段编译的处理，已经生成了标准的java字节码，可在标准的java虚拟机上运行。但android使用了它特有的dalvik虚拟机，这就需要我们为它提供另一不同的格式。dx工具为此而出现，可将.classes文件转换添加到dalvik可执行文件.dex中去。当项目发展到一定规模，需要进行分dex处理时，可通过上述步骤生成的maindexlist.txt指定dex该如何拆分。

遗憾的是，以上关于分dex的内容都是理想的情况，现实却很残酷。如果项目中开启了proguard，那它会在分dex的shrink处理前完成，导致allclasses.jar是混淆处理后的代码，而manifest_keep.txt却未曾混淆，后续生成componentClasses.jar 及 maindexlist.txt 的过程也就都不再可靠了。要解决这个问题，在shrink前通过混淆输出的符号表mapping.txt对manifest_keep.txt进行修正是个不错的选择。