由浅入深了解 APK 构建流程

概述

APK构建流程涉及许多将项目转换成 Android 应用软件包 (APK) 的工具和流程。构建流程非常灵活，因此了解它的一些底层工作原理会很有帮助。

APK的详细构建流程稍微有点复杂，本文将分为四步由浅入深带读者深入分析构建流程。

• 第一步：初见构建
• 第二步：再探构建
• 第三步：深入构建
• 第四步：放弃构建

初见构建

首先『初见构建』，这步中我们可以先忽略构建中的细节，先对主流程有个大致了解。

如上图所示（方形:表示文件，菱形:表示操作）：

1、 整个构建分为两个主要操作：编译(Compile)、打包(APK Package)

2、 编译 ：编译器(Compiler)通过编译 源码 、AIDL文件 、资源文件 、依赖包，最终生成Dex文件和编译后的资源文件。

3、打包 ：打包器(APK Packager)利用签名文件(KeyStore)和上一步编译过程中生成的Dex文件、编译后的资源文件打包成最终的APK文件。

再探构建

在上一步「初见构建」中，我们已经对APK打包的流程有了大致了解，接下来再详细一点。

（方形:表示文件，椭圆:表示工具及操作）

上面这张图，显示了更为详细的构建流程。以虚线为界，前半部分描述了 编译流程 ，后半部分则描述了 打包流程。

下面具体分析构建流，分为七步（其中编译1-4、打包5-7）：

    1、使用aapt工具，编译res/文件，生成编译后的二进制资源文件（.ap_文件）、R.java文件。(目前新版使用aapt2工具,R.java也替换成了R.jar)

    2、使用aidl工具，根据aidl文件生成对应的Java接口文件

    3、使用*Java Compiler工具，Java Compiler（俗称javac）将R.java、项目中的代码、Aidl接口文件编译成.class文件。

    4、使用dex工具，将上一步产生的.class文件和第三方依赖中的.class编译成.dex文件。(目前新版使用d8工具）

    5、使用apkbuilder工具，将编译后的资源（.ap_文件）、dex文件及其他资源文件(例如：so文件、asset文件等)，压缩成一个.apk文件。

    6、使用Jarsigner工具，读取签名文件，对上一步中产生的apk文件进行签名，生成一个已签名的apk文件。

    7、使用zipalign工具,对已签名的apk文件进行体积优化（只有v1签名才有这一步，v2签名的apk会在zipalign后签名被破坏）。

先休息3分钟，消化一下。

深入构建

准备深入构建流程，图片看似复杂，但是有看图技巧：

我们可以参照「再探构建」中所展示的图片来解读这张流程图。

以椭圆（工具及操作）为线索，按照之前说的构建流程来理解此图。aapt、aidl、javac、dex、apkbuilder Jarsigner、zipalign是不是很熟悉？左边这一大块是关于Render Script、ndk编译的，我们暂时可以将其忽略（相信你读完本篇后不忽略的情况下，也可以自己分析了），只知道它提供.so文件和部分Java文件。

首先，看看左下角，椭圆操作分为三种：Gradle插件提供（由task完成）、Build工具提供、JDK自带

以aapt为例，深入分析更详细的构建流程：

    在aapt之前，Gradle插件中的各类Merge类的Task会对Manifest、Res、Assets进行合并，这些被合并的资源可能来自于项目内部、android.jar、arr等第三方。这些合并后的文件作为输入文件，在经过appt编译后，编译后的资源文件、R.java文件,同时aapt也负责合并产生各类的混淆文件。

    另外，在javac与dex操作之间多了一个proguard（混淆），proguard读取.class文件，生成混淆后的.class文件，交给dex(或d8)。

放弃构建

非常厉害，你对Android构建流程的了解已经超过了绝大部分的开发者（我猜的:-)）。

不过离实践还差一点，想想当我们点击运行的时候gradle是怎么实现上述构建流程的？当我们运行assembleRelease命令进行打包时，咦？这一串是啥玩意？对着上面分析的流程你就知道是啥玩意了。

解读版：

//以下两个task是预编译工作，暂不关心
> Task :app:preBuild UP-TO-DATE
> Task :app:preReleaseBuild UP-TO-DATE

//aidl编译
> Task :app:compileReleaseAidl NO-SOURCE

//生成BuildConfig文件
> Task :app:generateReleaseBuildConfig

//编译Renderscrip,暂不关心（感兴趣的可以去探究Renderscrip）
> Task :app:compileReleaseRenderscript NO-SOURCE
//*
> Task :app:javaPreCompileRelease

//生成资源文件并合并
> Task :app:generateReleaseResValues
> Task :app:generateReleaseResources
> Task :app:createReleaseCompatibleScreenManifests
> Task :app:extractDeepLinksRelease
> Task :app:processReleaseManifest
> Task :app:prepareLintJar UP-TO-DATE
> Task :app:checkReleaseDuplicateClasses
> Task :app:desugarReleaseFileDependencies
> Task :app:mergeReleaseResources

//产生build/intermediates/compile_and_runtime_not_namespaced_r_class_jar/release/R.jar文件
> Task :app:processReleaseResources

//javac将java编译成Class文件
> Task :app:compileReleaseJavaWithJavac

//将资源文件编译并生成resource.arsc文件，并放入.ap_文件中(./app/build/intermediates/processed_res/release/out/resources-release.ap_)
> Task :app:compileReleaseSources

> Task :app:lintVitalRelease

//dex工具将.class文件编程传.dex文件
> Task :app:dexBuilderRelease

//合并非res/的资源文件及assets文件
> Task :app:mergeExtDexRelease
> Task :app:mergeReleaseShaders
> Task :app:compileReleaseShaders NO-SOURCE
> Task :app:generateReleaseAssets UP-TO-DATE
> Task :app:mergeReleaseAssets
> Task :app:processReleaseJavaRes NO-SOURCE
> Task :app:collectReleaseDependencies
> Task :app:sdkReleaseDependencyData
> Task :app:mergeReleaseJniLibFolders
> Task :app:mergeReleaseNativeLibs
> Task :app:stripReleaseDebugSymbols NO-SOURCE
> Task :app:mergeReleaseJavaResource

//合并.dex文件
> Task :app:mergeDexRelease

//将.dex文件、.ap_打包进以及非res资源文件打包进.apk文件中并签名
> Task :app:packageRelease

////使用zipalign对apk进行体积优化
> Task :app:assembleRelease

说好的「放弃构建」，怎么还没放弃呢？了解到构建流程后，现在 放弃 自动构建apk，使用手动构建apk。步骤如下：

    1、编译项目中的res资源文件(assets除外)，生成对应二进制资源文件，并将这些二进制文件打包进res.zip文件中

$aapt2 compile -o build/res.zip --dir ./app/src/main/res

    2、将res.zip文件与sdk进行连接，生成.ap_文件(包含编译好的资源文件、manifest文件、arsc文件)和R.java文件，

$aapt2 link build/res.zip -I $ANDROID_HOME/platforms/android-21/android.jar --java build --manifest ./app/src/main/AndroidManifest.xml -o build/app-debug.ap_

    3、将java文件编译成.class文件

$javac -d build -cp $ANDROID_HOME/platforms/android-21/android.jar com/*/.java

    4、将上一步中生成的.class文件编译成.dex文件

$d8 --output build/ --lib $ANDROID_HOME/platforms/android-21/android.jar build/com/example/application/*.class

    5、使用zip命令打包第(2)步中的.ap_资源文件与第(4)步中的.dex文件，打包成一个未签名的apk

$zip -j build/app-debug.ap_ build/classes.dex

    6、修改.ap_为.apk，并使用apksigner对apk进行签名

$apksign -ks ~/.android/debug.keystore build/app-debug.apk

有同学可能会有疑问，aapt、aidl、javac、dex、apkbuilder Jarsigner、zipalign这些工具和Gradle插件的task是什么关系呢？

答：Gradle插件自动化构建的过程,就是在Task中直接或间接地调用这些手动打包过程中使用的工具。

总结

至此APK的构建流程基本分析完毕，读者可以根据gradle插件的源码进一步了解gradle插件打包的具体操作。

可以在build.gradle文件中，写入如下代码，输出每个Task对应的类，然后查看Task的具体工作：

//build.gradle
gradle.taskGraph.whenReady {
    it.allTasks.each { task ->
        println("Task Name : ${task.name}")
        task.dependsOn.each{ t->
            println "-----${t.class}"
        }
        //def outputFileStr = task.outputs.files.getAsPath();
     //def inputFileStr = task.inputs.files.getAsPath()
    }
}

dependencies {
    ...
    testImplementation "com.android.tools.build:gradle:4.0.0"
    ...
}

拓展

• 为什么运行时偶尔遇到第三方.so文件丢失, 刚才还好好的，突然又不行了？

//运行如下两条命令即可
$rm -rf ./app/build/intermediates/merged_native_libs
$rm -rf ~/.gradle/caches/build-cache-1

解释：当依赖第三方包时，第三方包首先被下载至~/.gradle/caches/modules-2这个缓存目录，然后解压到 ~/.gradle/caches/transforms-2/files-2.1文件中，最后将解压文件与项目中的文件进行合并，合并后在~/.gradle/caches/build-cache-1文件中将文件进行备份(以压缩包的形式进行备份，以备下次使用)。
.so在编译时会合并进 ./app/build/intermediates/merged_native_libs目录，.so丢失的大部分原因是由于合并出错导致，所以删除合并文件和备份文件，然gradle重新执行合并任务即可。

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