Android SO文件的概念、兼容、适配和可能的错误

转载整合自： 关于Android的.so文件你所需要知道的
和Android SO 文件的兼容和适配
      不论是否被发现，一切荣誉归属于大佬。

现有的CPU架构类型

开发Android应用时，有时候Java层的编码不能满足实现需求，就需要到C/C++实现后生成SO文件，再用System.loadLibrary()加载进行调用，这里成为JNI层的实现。常见的场景如：加解密算法，音视频编解码等。在生成SO文件时，需要考虑适配市面上不同手机CPU架构，而生成支持不同平台的SO文件进行兼容。目前Android共支持七种不同类型的CPU架构，分别是：ARMv5，ARMv7 (从2010年起)，x86 (从2011年起)，MIPS (从2012年起)，ARMv8，MIPS64和x86_64 (从2014年起)。

现有的常用ABI

应用程序二进制接口（Application Binary Interface）定义了其所对应的CPU架构能够执行的二进制文件（特别是.so文件）的格式规范。在Android系统上，不同 Android 手机使用不同的 CPU，因此支持不同的指令集。CPU 与指令集的每种组合都有其自己的应用二进制界面（或 ABI）。 ABI 可以非常精确地定义应用的机器代码在运行时如何与系统交互。 您必须为应用要使用的每个 CPU 架构指定 ABI：armeabi，armeabi-v7a，x86，mips，arm64-v8a，mips64，x86_64【1】。

典型的 ABI 包含以下信息：
- 机器代码应使用的 CPU 指令集。
- 运行时内存存储和加载的字节顺序。
- 可执行二进制文件（例如程序和共享库）的格式，以及它们支持的内容类型。
- 用于解析内容与系统之间数据的各种约定。这些约定包括对齐限制，以及系统如何使用堆栈和在调用函数时注册。
- 运行时可用于机器代码的函数符号列表 - 通常来自非常具体的库集。
- 支持一个或多个指令集。

SO（CPU）的兼容

每一个CPU架构对应一个ABI，一个cpu属于某一种架构，多核cpu需要属于相同架构才能一起工作,很多设备仅支持一种的CPU架构。

如果你要完美兼容所有类型的手机，理论上是要在的libs目录下放置各个架构平台的SO文件。

这样一写，虽然可以兼容所有机型，但你的项目体积也会变得非常庞大。是否一定需要带入这么多SO文件去兼容呢？答案是否定的。

对于CPU来说，不同的架构并不意味着一定互不兼容，根据目前Android共支持七种不同类型的CPU架构，其兼容特点可总结如下：

armeabi设备只兼容armeabi；
armeabi-v7a设备兼容armeabi-v7a、armeabi；
arm64-v8a设备兼容arm64-v8a、armeabi-v7a、armeabi；
X86设备兼容X86、armeabi；
X86_64设备兼容X86_64、X86、armeabi；
mips64设备兼容mips64、mips；
mips只兼容mips；

根据以上的兼容总结，我们还可以得到一些规律：
- armeabi的SO文件基本上可以说是万金油，它能运行在除了mips和mips64的设备上，但在非armeabi设备上运行性能还是有所损耗；
- 64位的CPU架构总能向下兼容其对应的32位指令集，如：x86_64兼容X86，arm64-v8a兼容armeabi-v7a，mips64兼容mips；

.so文件的相关注意事项

SO的适配

当一个应用安装在设备上，只有该设备支持的CPU架构对应的.so文件会被安装。在x86设备上，libs/x86目录中如果存在.so文件的话，会被安装，如果不存在，则会选择armeabi-v7a中的.so文件，如果也不存在，则选择armeabi目录中的.so文件（因为x86设备也支持armeabi-v7a和armeabi）。

从目前移动端CPU市场的份额数据看，ARM架构几乎垄断，所以，除非你的用户很特殊，否则几乎可以不考虑单独编译带入X86、X86_64、mips、mips64架构SO文件。除去这四个架构之后，还要带入armeabi、armeabi-v7a、arm64-v8a这三个不同类型，这对于一个拥有大量SO文件的应用来说，安装包的体积将会增大不少。

针对以上情况，我们可以应用的设备分布和市场情况再进行取舍斟酌，如果你的应用仍有不少armeabi类型的设备，可以考虑只保留armeabi目录下的SO文件（万金油特性）。但是，尽管armeabi可以兼容多种平台，仍有些运算在armeabi-v7a、arm64-v8a，去使用armeabi的SO文件时，性能会非常差强人意，所以还是应该用其对应平台架构的SO文件进行运算。

注意：
这里并不是要带多一整套SO文件到不同的目录下，而是将性能差异比较明显的某个armeabi-v7a、arm64-v8a平台下的SO文件放到armeabi目录，然后通过代码判断设备的CPU类型，再加载其对应架构的SO文件，很多大厂的应用便是这么做的。你应该尽可能的提供专为每个ABI优化过的.so文件，但要么全部支持，要么都不支持：你不应该混合着使用。你应该为每个ABI目录提供对应的.so文件。
如微信的lib下虽然只有armeabi一个目录，但目录内的文件仍放着v5、v7a架构的SO文件，用于处理兼容带来的某些性能运算问题。

总结
就目前市场份额而言，绝大部分的设备都已经是armeabi-v7a、arm64-v8a，你也可以考虑只保留armeabi-v7a架构的SO文件，这样能获得更好的性能效果。性能差异比较明显加入单的的so文件并在代码中去判断。

引入.so文件的错误

当你引入一个.so文件时，不止影响到CPU架构。从其他开发者那里可以看到一系列常见的错误，其中最多的是”UnsatisfiedLinkError”，”dlopen: failed”以及其他类型的crash或者低下的性能：

1. 使用android-21平台版本编译的.so文件运行在android-15的设备上

使用NDK时，你可能会倾向于使用最新的编译平台，但事实上这是错误的，因为NDK平台不是后向兼容的，而是前向兼容的。推荐使用app的minSdkVersion对应的编译平台。

这也意味着当你引入一个预编译好的.so文件时，你需要检查它被编译所用的平台版本。

2. 混合使用不同C++运行时编译的.so文件

.so文件可以依赖于不同的C++运行时，静态编译或者动态加载。混合使用不同版本的C++运行时可能导致很多奇怪的crash，是应该避免的。作为一个经验法则，当只有一个.so文件时，静态编译C++运行时是没问题的，否则当存在多个.so文件时，应该让所有的.so文件都动态链接相同的C++运行时。

这意味着当引入一个新的预编译.so文件，而且项目中还存在其他的.so文件时，我们需要首先确认新引入的.so文件使用的C++运行时是否和已经存在的.so文件一致。

3. 没有为每个支持的CPU架构提供对应的.so文件

这一点在前文已经说到了，但你应该真的特别注意它，因为它可能发生在根本没有意识到的情况下。

例如：你的app支持armeabi-v7a和x86架构，然后使用Android Studio新增了一个函数库依赖，这个函数库包含.so文件并支持更多的CPU架构，例如新增android-gif-drawable函数库：

compile ‘pl.droidsonroids.gif:android-gif-drawable:1.1.+’

发布我们的app后，会发现它在某些设备上会发生Crash，例如Galaxy S6，最终可以发现只有64位目录下的.so文件被安装进手机。

解决方案：重新编译我们的.so文件使其支持缺失的ABIs，或者设置

ndk.abiFilters

显示指定支持的ABIs。

注意事项：如果你是一个SDK提供者，但提供的函数库不支持所有的ABIs，那你将会搞砸你的用户，因为他们能支持的ABIs必将只能少于你提供的。

4. 将.so文件放在错误的地方

我们往往很容易对.so文件应该放在或者生成到哪里感到困惑，下面是一个总结：

• Android Studio工程放在jniLibs/ABI目录中（当然也可以通过在build.gradle文件中的设置jniLibs.srcDir属性自己指定）
• Eclipse工程放在libs/ABI目录中（这也是ndk-build命令默认生成.so文件的目录）
• AAR压缩包中位于jni/ABI目录中（.so文件会自动包含到引用AAR压缩包的APK中）
• 最终APK文件中的lib/ABI目录中
  通过PackageManager安装后，在小于Android 5.0的系统中，.so文件位于app的nativeLibraryPath目录中；在大于等于Android 5.0的系统中，.so文件位于app的nativeLibraryRootDir/CPU_ARCH目录中。

5. 只提供armeabi架构的.so文件而忽略其他ABIs的

如前文提到的，所有的x86/x86_64/armeabi-v7a/arm64-v8a设备都支持armeabi架构的.so文件，因此似乎移除其他ABIs的.so文件是一个减少APK大小的好技巧。但事实上并不是：这不只影响到函数库的性能和兼容性。

x86设备能够很好的运行ARM类型函数库，但并不保证100%不发生crash，特别是对旧设备。64位设备（arm64-v8a, x86_64, mips64）能够运行32位的函数库，但是以32位模式运行，在64位平台上运行32位版本的ART和Android组件，将丢失专为64位优化过的性能（ART，webview，media等等）。

以减少APK包大小为由是一个错误的借口，因为你也可以选择在应用市场上传指定ABI版本的APK，生成不同ABI版本的APK可以在build.gradle中如下配置：

android {
    ... 
    splits {
        abi {
            enable true
            reset()
            include 'x86', 'x86_64', 'armeabi-v7a', 'arm64-v8a' //select ABIs to build APKs for
            universalApk true //generate an additional APK that contains all the ABIs
        }
    }

    // map for the version code
    project.ext.versionCodes = ['armeabi': 1, 'armeabi-v7a': 2, 'arm64-v8a': 3, 'mips': 5, 'mips64': 6, 'x86': 8, 'x86_64': 9]

    android.applicationVariants.all { variant ->
        // assign different version code for each output
        variant.outputs.each { output ->
            output.versionCodeOverride =
                    project.ext.versionCodes.get(output.getFilter(com.android.build.OutputFile.ABI), 0) * 1000000 + android.defaultConfig.versionCode
        }
    }
 }

附录：

【1】

armeabi
此 ABI 适用于基于 ARM、至少支持 ARMv5TE 指令集的 CPU。 请参阅以下文档了解详情：
- ARM 架构参考手册
- ARM 架构的过程调用标准
- ARM ELF 文件格式
- ARM 架构的应用二进制界面 (ABI)
- ARM 架构的基本平台 ABI
- ARM 架构的 C 库 ABI
- ARM 架构的 C++ ABI
- ARM 架构的运行时 ABI
- ELF System V 应用二进制界面
- 通用/Itanium C++ ABI

AAPCS 标准将 EABI 定义为类似但不同 ABI 的系列。 此外，Android 还采用小字节序 ARM GNU/Linux ABI。
此 ABI 不支持硬件辅助的浮点计算。 相反，所有浮点运算都使用编译器 libgcc.a
 静态库中的软件帮助程序函数。
armeabi ABI 支持 ARM 的 Thumb（亦称 Thumb-1）指令集。NDK 默认生成 Thumb 代码，除非您在 Android.mk 文件中使用 LOCAL_ARM_MODE变量指定不同的行为。

armeabi-v7a
此 ABI 可扩展 armeabi 以包含多个 CPU 指令集扩展。 此 Android 特定 ABI 支持的指令扩展包括：
- Thumb-2 指令集扩展，其性能堪比 32 位 ARM 指令，简洁性类似于 Thumb-1。
- VFP 硬件 FPU 指令。更具体一点，包括 VFPv3-D16，它除了 ARM 核心中的 16 个 32 位寄存器之外，还包含 16 个专用 64 位浮点寄存器。

v7-a ARM 规格描述的其他扩展，包括 高级 SIMD（亦称 NEON）、VFPv3-D32 和 ThumbEE，都是此 ABI 可选的。 由于不能保证它们存在，因此系统在运行时应检查扩展是否可用。 如果不可用，则必须使用替代代码路径。此检查类似于系统在检查或使用 MMX、SSE2 及 x86 CPU 上其他专用指令集时所执行的检查。

如需了解有关如何执行这些运行时检查的信息，请参阅 cpufeatures
 库。另外，有关 NDK 支持为 NEON 构建机器代码的信息，请参阅 NEON 支持。

armeabi-v7a ABI 使用 -mfloat-abi=softfp开关强制实施规则，要求编译器在函数调用时必须传递核心寄存器对中的所有双精度值，而不是专用浮点值。 系统可以使用 FP 寄存器执行所有内部计算。 这样可极大地加速计算。

arm64-v8a
此 ABI 适用于基于 ARMv8、支持 AArch64 的 CPU。它还包含 NEON 和 VFPv4 指令集。
如需了解详细信息，请参阅 ARMv8 技术预览，并联系 ARM 了解进一步的详细信息。

x86
此 ABI 适用于支持通常称为“x86”或“IA-32”的指令集的 CPU。 此 ABI 的特性包括：
- 指令一般由具有编译器标志的 GCC 生成，如下所示：

-march=i686 -mtune=intel -mssse3 -mfpmath=sse -m32

这些标志指向 Pentium Pro 指令集，伴随 MMX、SSE、SSE2、SSE3 及 SSSE3 指令集扩展。生成的代码在顶层 Intel 32 位 CPU 之间进行了均衡优化。
如需了解有关编译器标志的详细信息，特别是与性能优化相关的信息，请参阅 GCC x86 性能提示。
- 使用标准 Linux x86 32 位调用约定，与 SVR 使用的约定相反。如需了解详细信息，请参阅不同 C++ 编译器和操作系统的调用约定的第 6 节“寄存器的使用”。

ABI 不含任何其他可选的 IA-32 指令集扩展，例如：
- MOVBE
- SSE4 的任何变体。

您仍可使用这些扩展，只要您使用运行时功能探测来启用它们，并且为不支持它们的设备提供备用方法。
NDK 工具链假设在函数调用之前进行 16 位栈对齐。默认工具和选项强制执行此规则。 如果编写的是汇编代码，必须确保栈对齐，而且其他编译器也遵守此规则。
请参阅以下文档了解详情：
- GCC 在线文档： Intel 386 和 AMD x86-64 选项
- 不同 C++ 编译器和操作系统的调用约定
- Intel IA-32 Intel 架构软件开发者手册第 2 卷：指令集参考
- Intel IA-32 Intel 架构软件开发者手册第 3 卷：系统编程指南
- System V 应用二进制界面： Intel386 处理器架构补充

x86_64
此 ABI 适用于支持通常称为“x86-64”的指令集的 CPU。 它支持 GCC 通常使用以下编译器标志生成的指令：

-march=x86-64 -msse4.2 -mpopcnt -m64 -mtune=intel

这些标志指向 x86-64 指令集（根据 GCC 文档），伴随 MMX、SSE、SSE2、SSE3、SSSE3、SSE4.1、SSE4.2 和 POPCNT 指令集扩展。 生成的代码在顶层 Intel 64 位 CPU 之间进行了均衡优化。
如需了解有关编译器标志的详细信息，特别是与性能优化相关的信息，请参阅 GCC x86 性能。
此 ABI 不含任何其他可选的 x86-64 指令集扩展，例如：
- MOVBE
- SHA
- AVX
- AVX2

您仍可使用这些扩展，只要您使用运行时功能探测来启用它们，并且为不支持它们的设备提供备用方法。
请参阅以下文档了解详情：
- 不同 C++ 编译器和操作系统的调用约定
- Intel64 和 IA-32 架构软件开发者手册第 2 卷：指令集参考
- Intel64 和 IA-32 架构软件开发者手册第 3 卷：系统编程

mips
此 ABI 适用于基于 MIPS、至少支持 MIPS32r1 指令集的 CPU。它包含以下功能：
- MIPS32 修订版 1 ISA
- 小字节序
- O32
- 硬浮点
- 无 DSP 应用特定的扩展

如需了解详细信息，请参阅以下文档：
- 编程者的架构 (“MIPSARCH”)
- ELF System V 应用二进制界面
- Itanium/通用 C++ ABI

如需了解更具体的详细信息，请参阅 MIPS32 架构。常见问答请参阅 MIPS FAQ。

mips64
此 ABI 适用于 MIPS64 R6。如需了解详细信息，请参阅 MIPS64 架构。

参考文章

 关于Android的.so文件你所需要知道的
Android SO 文件的兼容和适配
ABI Management