从设计角度理解Apk打包过程

Apk的打包，大致就是把代码打成包、把资源打成包、最后对整个Apk文件做一下安全处理和优化操作，Andriod提供了Android Asset Packaging Tool工具aapt来做这些事。
我们从代码处理、资源处理和包处理分别来看。

代码处理

对于软件来说，提供给用户的代码需要完整、精简、快速、安全。
完整
android中的代码，除了我们编写的业务代码，还有R.java文件、aidl文件，和jar包。
精简
代码量会影响到apk的体积大小，所以需要尽量省略不需要的代码和文件。
快速
java作为解释型语言，执行速度并不占优，android用dex替换了java的class字节码。
安全
任何产品都有反逆向和反破解的需要，android主要采用了签名和混淆的机制。

具体处理过程包括：

1. 生成R.java文件和aidl文件，并检查是否缺少jar包。
2. 编译源码，生成class字节码。
   这个过程中，可以处理精简和安全的问题，Android使用了开源项目Proguard进行处理，把臃肿危险的源码信息净化并混淆为失去可读性的代码，主要原理是先定义不需要混淆的EntryPoint（keep关键字），然后从这些EntryPoint出发，递归优化和混淆被引用的类成员，抛弃未使用的类文件，达到压缩和混淆源码的目的。
   （代码混淆后日志也会混淆，为了方便开发者读日志，需要配置proguard输出映射文件-printmapping build/outputs/mapping/release/mapping.txt，在需要的时候，使用sdk中的proguardgui.bat工具导入这个映射文件，就可以把日志内容逆向转换为源码）
3. 用smali把所有class字节码转换为dex文件。
   JVM是基于栈的，指令很多，Dalvik改为基于寄存器，能用更少的内存支持多个虚拟机。
   Android的Dalvik和ART虚拟机，执行的是dex字节码而不是class字节码，Dalvik虚拟机内部执行的核心代码是smali。
   dex相对class字节码更加紧凑，IO更快、文件更小、采用了解析速度更快的操作码。
   （在安装时，Android系统会根据所在的系统，把dex进一步优化为odex，odex重新整理了dex和相关的类，分离了程序资源和可执行文件，并做预编译处理。但这就是安装过程PMS的行为了，ART更进一步，安装时会编译为机器码的OAT文件，节省了解释字节码的时间）

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资源处理

所有的资源文件都会在代码中映射为R文件以便查找，而资源文件本身需要处理。
对于apk安装包来说，资源需要全局统一、压缩体积、快速读取。
统一
其实在生成R.java的过程中，android会把所有的资源统一管理起来，以便索引。
压缩
在android的竞争中，体积小的apk更具优势。
提速
为了提高运行速度，寻找和加载资源文件的过程需要加速。

具体来说，处理资源的手段包括：

1. 全局资源表，根据manifest定义的包名，创建资源表ResourceTable，aapt收集所有的资源文件，添加到这个表。
2. 二进制化，就是把xml文件全部从文本文件转换为二进制文件，app运行时用native工具直接处理二进制文件，解析和IO速度更快。
3. 去重，xml资源文件用字符串来定义标签和属性，这就会造成大量重复字符串，aapt把这些字段全部整合进字符串资源池，xml中改用对应的整数索引值，这能大大降低体积。
4. 资源索引，用R.java和resources.arsc建立资源索引表，这样可以根据代码中的资源ID迅速找到资源文件的物理地址。
5. 原文件，某些资源文件不能被改动，就需要放在assets或res/raw文件夹中，android只会为这些文件建立R和索引，不会做二进制化处理。

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包处理

apk安装包发布前，其实主要面临两个问题，一个是尽量优化，另一个就是可能会面临残酷的攻击，需要有基本的安全措施。
优化
优化其实还是从运行效率上、从体积上寻找可以优化的点。
安全
安全性上比照CA解决的问题，需要防泄露、防冒充、防篡改、防抵赖。

具体的操作包括：

1. 对齐
   速度优化的一个重要方式是提高对数据的寻址速度，android采用了对齐的方式，其实就是每个数据占用同等大小的空间，这样CPU读取数据时可以跳跃寻找，减少内存访问次数。
2. 压缩
   在处理代码时，会从代码级别清除无用的代码
   在处理资源时，会对资源文件包括图片等进行压缩，还可以shrinkResource去除不使用的资源文件。
3. 混淆
   在处理代码时进行混淆，可以防泄露，能防止泄露有意义的代码。
4. 加壳等其他操作
   有一些附加的安全操作可以更好地防泄露，比如加壳加固，其实就是把写一个新的dex文件，把旧的dex加密后，写进这个新的dex里面，加载时再反过来解密出原始dex并加载，这样在反编译时就无法读到原始dex文件的内容，这样除非在运行时把整个app都dump到内存，否则app还是很安全的，安全门槛能提高不少。
5. 签名
   对apk签名是最后做的事情，具体都在META-INF文件夹中的三个文件里，有两个使用SHA-1摘要防篡改，确保apk包中的文件没有被修改；有一个使用RSA和签名文件加密防冒充，防止他人冒充我们的apk。

参考

Android应用程序资源的编译和打包过程分析
Android系统ODEX文件格式解析
手把手教你解析Resources.arsc