Как устроен билд APK файла внутри

Автор оригинала: Android Dev Notes
  • Перевод

Процесс создания APK и компиляции кода


Рассматриваемые темы


  • Архитектура процессоров и необходимость для виртуальной машины
  • Понимание Java виртуальной машины
  • Компиляция исходного кода
  • Виртуальная машина Андроид
  • Процесс компиляции в .dex файл
  • ART против Dalvik
  • Описание каждой части билд процесса
  • Исходный код
  • Файлы ресурсов
  • AIDL файлы
  • Модули библиотек
  • AAR библиотеки
  • JAR библиотеки
  • Android Asset Packaging Tool
  • resources.arsc
  • D8 и R8
  • Dex и Multidex
  • Подписывание APK файла
  • Ссылки


Понимание флоу процесса билда APK файла, среда исполнения и компиляция кода
Этот пост нацелен быть отправной точкой для разработчиков, чтобы они ближе познакомились с билд процессом и созданием APK файла.



Архитектура процессоров и зачем нужна виртуальная машина


Андроид после того как вышел в 2007 году претерпел множество изменений связанный с билд процессом, средой исполнения и улучшениями производительности.

У андроида много удивительных характеристик и одна из них разные архитектуры процессоров такие как ARM64 и x86

Невозможно скомпилировать код, который поддерживает каждую архитектуру. Вот именно поэтому используется Java виртуальная машина.

image

Понимание Java виртуальной машины


JVM это виртуальная машина, позволяющая устройству запускать код, который скомпилирован в Java байткод

Используя JVM, вы избавляетесь от проблемы с разной архитектурой процессоров.

JVM предоставляет переносимость и она позволяет запускать Java код в виртуальной среде, вместо того, чтобы запускать его сразу «на железе»

Но JVM была создана для систем с большими мощностями по ресурсам, а наш андроид имеет сравнительно мало памяти и заряда батареи.

По этой причине Google создал адаптированную под андроид виртуальную машину, которая называется Dalvik.

image

Компилируем исходный код

image

Наш исходный Java код для андроида компилируется в класс файл .class с байткодом с помощью javac компилятора и запускается на JVM

Для котлина есть kotlinc компилятор, который делает совместимый с Java байткод.

Байткод — это набор инструкций, который выполняется на целевом устройстве.

Java байткод — это набор инструкций для Java виртуальной машины.

Андроид виртуальная машина


Каждое андроид приложение работает на своей виртуальной машине. С версий 1.0 до 4.4, это был Dalvik. В андроид 4.4, вместе с Dalvik, Google представил в качестве эксперимента новый андроид runtime, который назывался ART

Сгенерированный класс файл .class содержит JVM Java байткод.

Но у андроида есть свой собственный оптимизированный формат байткода, который называется Dalvik bytecode — это просто инструкции машинного кода для процессора также как и JVM байткод.

image

Комплияция в .dex файл


Во время компиляции происходит конвертация .class класс файл и .jar библиотеки в один classes.dex файл, который содержит Dalvik байткод.

Команда dx превращает все .class и .jar файлы в один classes.dex файл, который написан с форматом Dalvik байткода.

Dex — это аббревиатура с английского — Dalvik Executable.

image

ART против Dalvik


C версии 4.4 андроид мигрировал на ART. ART также работает с .dex файлом.

Преимущество ART над Dalvik проявляется в том, что приложения запускаются быстрее, потому что весь DEX байткод транслируется в машинный код во время установки, не нужно дополнительного времени на компиляцию в рантайме.

ART и Dalvik совместимы, так что приложения разработанные для Dalvik должны работать и на ART.

Компиляция Dalvik (JIT- just in time) имела такие минусы как — быстрая трата батареи, лаги в приложениях и плохой перформанс. В Dalvik трансляция происходит только когда это нужно. Мы открываем новый экран и только в этот момент происходит трансляция, за счет этого установка происходит быстрее, но при этом проседает перформанс.

Это причина по которой Google сделал Android Runtime (ART).

ART — основан на AOT (ahead of time) компиляции, она происходит до того как приложение запустится.

В ART компиляция происходит во время установки приложения. Это ведет к более долгому времени установки, но уменьшает трату батареи и избавляет от лагов, которые были на Dalvik.

Несмотря на то, что Dalvik был заменен на ART, .dex формат файлов еще используется

В андроид 7.0 JIT вернулся. Гибридная среда сочетает фичи как от JIT компиляции так и
от ART


Среда запуска байткода это очень важная часть андроида и она вовлечена в процесс запуска и установки приложения

image

Каждый этап описанного процесса


image

Source Code (Исходный код)


Это Java и Kotlin файлы в src пакете.

Resource Files


Файлы находящиеся в директории с ресурсами

AIDL Files


AIDL — аббревиатура Android Interface Definition Language, позволяет вам описать интерфейс межпроцессорного взаимодействия.

AIDL — может использоваться между любыми процессами в андроиде.

Library Modules


Модули библиотек содержат Java или Kotlin классы, компоненты андроида и ресурсы.

Код и ресурсы бибилотеки компилируются и пакуются вместе с приложением.

Поэтому модуль библиотеки может считаться компайл тайм артефактом.

AAR Libraries


Андроид библиотеки компилируются в AAR — android archive файл, который вы можете использовать как зависимость для вашего android app модуля.

AAR файлы могут содержать андроид ресурсы и файл манифеста, что позволяет вам упаковать туда общие ресурсы такие как layouts и drawables в дополнение к Java или Kotlin классам и методам.

JAR Libraries


JAR это Java библиотека и в отличие от AAR она не может содержать андроид ресурсы и манифесты.

Android Asset Packaging Tool


AAPT2 — аббревиатура (Android Asset Packaging Tool) — компилирует манифест и файлы ресурсов в один APK.

Этот процесс разделен на два шага компиляцию и линковку Это улучшает производительность так как если вы поменяете один файл, вам нужно компилировать только его и прилинковать к остальным файлам командой 'link'

AAPT2 может компилировать все типы андроид ресурсов, таких как drawables и XML файлы.

При вызове AAPT2 для компиляции, туда передается по одному ресурсному файлу на каждый вызов

Затем APPT2 парсит файл и генерирует промежуточный бинарный файл с расширением .flat

Фаза линковки склеивает все промежуточные файлы сгенерированные в фазе компиляции и дает нам на выход один .apk файл. Вы также можете сгенерировать R.java файл и правила для proguard в это же время.

resources.arsc


Полученный на выходе .apk файл не включает в себя DEX файл, APK не подписан и не может быть запущен на устройстве.

APK содержит AndroidManifest, бинарные XML файлы и resources.arsc

resource.arsc содержит всю мета информацию о ресурсах, такую как индексы всех ресурсов в пакете

Это бинарный файл и APK который может быть запущен. APK который вы обычно создаете и запускаете не сжат и может быть использован просто посредством размещения в памяти.

R.java файл это выходной файл вместе с APK ему назначен уникальный id, который позволяет Java коду использовать ресурсы во время компиляции.

arsc это индекс ресурса который используется во время запуска приложения

image

D8 и R8


Начиная с андроид студии 3.1 и далее, D8 был сделан дефолтным компилятором.

D8 производит более маленькие dex файлы с лучшей производительностью, если сравнивать со старым dx.

R8 используется для компиляции кода. R8 это оптимизированная версия D8

D8 играет роль конвертера класс файлов в Dex файлы, а также производит дешугаринг функций из Java 8 в байткод, который может быть запущен на андроиде

R8 оптимизирует dex байткод. Он предоставляет такие фичи как оптимизация, обфускация, удаление ненужных классов.

Обфускация уменьшает размер вашего приложения укорачивая названия классов, методов и полей.

Обфускация имеет и другие преимущества для предотвращения реверс инжиниринга, но основная цель уменьшить размер.

Оптимизация уменьшает размер Dex файла путем переписывания ненужных частей кода и инлайнинга.

С помощью дешугаринга мы можем использовать удобные фичи языка Java 8 на андроиде.

image

Dex and Multidex


R8 дает на выходе один DEX файл, который называется classes.dex

Если количество методов приложения переваливает за 65,536, включая подключенные библиотеки, то произойдет ошибка при билде</b

The method ID range is 0 to 0xFFFF.

Другими словами, вы можете ссылаться на 65,536, или от 0 до. 65,535, если говорить цифрами

Чтобы избежать этого, нужно внимательно следить за зависимостями своего проекта и использовать R8, чтобы удалять неиспользуемый код, или включать мультидекс (multidex)


image

Подписывание APK файла


Все Apk файлы требуют цифровую подпись до того как они могут быть установлены на ваш девайс

Для дебаг билдов, андроид студия автоматически подписывает приложение используя дебажный сертификат сгенерированный с помощью android sdk tools.

Дебажный кейстор и дебажный сертификат создаются автоматически

Для релиз билдов вам нужен кейстор, которым вы подпишете свой apk файл. Вы можете создать APK файл в андроид студии через «Generated Signed Apk» опцию.

image

Ссылки


Комментарии 12

    +2

    Интересно но очень сухо и как то сплошняком все вывалено, не по главам и абзацам.

      0
      Благодарю за фидбэк, на будущее буду предусматривать это при переводе
        0
        сплошняком, но последовательно и без лишней воды, мне понравилось.
          0
          Благодарю за фидбэк)
        0

        Мне непонятен момент перехода dex в oat. Я поверхностно со всем этим знаком. Так что прошу сразу прощения за вопрос. Есть библиотека написанная под 1с мобильную платформу. Так вот вопрос в чем. Почему сначало генерируется dex. А потом на его основе oat. И куда делся art, который в статье упомянут. На входе у меня обычные apk + so. Как можно ускорить процесс под целевую платформу, если она заранее известна, и на другой работать не предполагается.

          0
          Вы имеете в виду ускорить процесс билда?
            0

            Нет. Мне надо ускорить процесс установки компонента из макета. Сейчас 1с своими внутренними средствами распаковывает апк. А потом идёт преобразование в декс и далее в оат. Как сделать билд так, чтобы сразу в оат?

          0
          Невозможно скомпилировать код, который поддерживает каждую архитектуру. Вот именно поэтому используется Java виртуальная машина.
          В современных андроидах нативная разработка на c++ вполне возможна — значит, таки можно скомпилировать код, который поддерживает каждую архитектуру.
            0
            Плюсовый код компилируется под каждую архитектуру отдельно.
              0
              Само собой. Но находится же он в одном и том же APK.
                0
                В apk вообще нет плюсового кода, есть только so библиотеки.
                Можно собрать apk, в котором будут библиотеки для всех архитектур, а можно собрать по apk для каждой архитектуры отдельно.
                  0
                  Соглашусь с iLLuzor в этой дискуссии

          Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

          Самое читаемое