APK，即Android Package，apk打包是将android程式和資源整合在一起，形成的一個.apk檔案。相信所有的Android程式員是在IDE的幫助下，完成打包輕而易舉，但對打包流程真正清楚的可能并不多。要更好地了解android性能優化，就要對Android虛拟機有一定的了解，而要比較好地了解Android虛拟機，就需要清楚apk的打包流程。
前言
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APK，即Android Package，是将android程式和資源整合在一起，形成的一個.apk檔案。相信所有的Android程式員是在IDE的幫助下，完成打包輕而易舉，但對打包流程真正清楚的可能并不多。本章的内容比較簡單，也是非常基礎的内容，但是對了解android應用的結構卻有很大的幫助。筆者寫這篇文章的目的，一方面是為了彌補這方面的盲點，回顧和梳理apk打包方面的理論知識點；第二方面，是為了給後續寫Android虛拟機知識做鋪墊，進而去研究android的性能優化，這也是把這篇文章放到Android性能優化系列文章當中的原因；第三方面，也是為了友善讀者了解Android虛拟機的相關内容。
對于在IDE，如Android Studio上操作打包的過程，本文不做示範，對于更深入的源碼分析，也不在本文讨論之列，出于前面說到的原因，本文隻簡單闡述其打包流程，本文主要内容如下：
一、apk建構流程圖
以下截圖為Google官方提供的詳細的apk建構過程圖，其中包含了各個環節所用到的工具和中間相關的檔案。
apk建構過程（綠色部分為對應環節工具，藍色部分為相關檔案）
二、建構過程中所用工具
如下截圖展示了apk建構過程中所使用的部分工具，這些工具大部分都在sdk/build-tools/檔案夾下：
打包所用工具所在的jar包
三、apk打包流程詳解
依據如上的流程圖和工具圖，下面咱們按照流程順序對其進行講解。
1、aapt打包資源
- 工具：aapt（Android Asset Package Tool Android資源打包工具）
- 工具路徑：sdkpath/build-tools/版本号/aapt.exe和aapt2.exe
- 輸入：Android資源檔案、AndroidManifest.xml
- 輸出： R.java類、二進制的resource.arsc，res檔案夾（包括二進制的xml、沒被改變的圖檔和res/raw檔案）、二進制的AndroidManifest.xml檔案、沒有改變的assets檔案夾。
Android的資源檔案包含了兩類：1）assets類資源。該類資源放在工程目錄的assets根目錄下，存放一些原始檔案，這些檔案不會被編譯為二進制檔案，而是被原封不動地打包在apk檔案中，同樣也不能通過資源ID來查找，不儲存在R檔案中。2）res類資源，10種目錄。這類資源儲存在工程目錄中的res目錄下，包含了animator（屬性動畫資源）、anim（補間動畫資源）、color（對象顔色狀态選擇資源）、drawable（xml或Bitmap檔案的圖像資源）、layout（布局檔案資源）、menu（程式菜單資源）、mipmap（圖示資源，推薦閱讀：drawable與mipmap的差別）、raw（不被編譯成二進制檔案的資源，注意和assets資源的差別，推薦閱讀：assets和raw的差別）、values（6種不同的值：數組arrays.xml、顔色值colors.xml、尺寸dimens.xml、字元串strings.xml和樣式值styles.xml）、xml（描述應用程式配置資訊的資源）。
如下截圖展示了R.java的内容，其中包含了各種靜态内部類，分别對應了某種資源的類型。
R.java結構圖
以R.string類為例，其中展示了字元串名稱對應的id值，就是對應在res/values檔案夾下，string字元串資源。
R.string結構圖
推薦閱讀：apk打包安裝過程
2、aidl生成跨程序通信的java檔案
- 工具：aidl（Android Interface Definition Language安卓接口定義語言）
- 工具路徑：sdkpath/build-tools/版本号/aidl.exe
- 輸入：aidl字尾的檔案，位于工程項目src/main/aidl目錄下
- 輸出：可用于程序間通信的C/S端java代碼，位于build/generated/source/aidl
工程項目中的aidl原始檔案
aidl工具處理後生成的java檔案
3、Java編譯源碼
- 工具：javac.exe
- 工具路徑：jdk/bin/javac.exe
- 輸入：java source檔案夾、aapt中生成的R.java檔案、aidl生成的java檔案、BuildConfig.java檔案
- 輸出：對于gradle編譯，生成的class檔案儲存在build/intermediates/classes裡
BuildConfig.java和R.java檔案
輸出的class檔案
4、proguard代碼混淆
完成javac編譯之後，一般還會對其進行代碼的混淆，其實就是類似于加密的功能，作用就是增加反編譯的難度，同時也将一些代碼的命名進行了縮短，減少代碼占用的空間。推薦閱讀：Android代碼混淆零基礎入門。
- 工具：ProGuard
- 工具路徑：sdk/tools/proguard/bin/proguard.bat
- 輸入：被編譯過的class檔案、混淆配置檔案proguard-rules.pro
- 輸出：被混淆過的.class檔案、混淆前後映射檔案
5、将所有.class檔案轉化為classes.dex檔案
- 工具：dx.bat
- 工具路徑：sdkpath/build-tools/版本号/dx.bat
- 輸入：編譯後生成的所有.class檔案、第三方庫和.class檔案
- 輸出：可以在Android虛拟機上使用的.dex檔案
調用dx.bat将所有的class檔案轉化為classes.dex檔案，将二進制碼轉化為Android虛拟機（Android4.4以前虛拟機是Dalvik，4.4上是Dalvik和ART可以切換、Android5.0及以後是ART）上的位元組碼、生成常量池、消除備援資料等。由于Android虛拟機是一種針對嵌入式裝置而特殊設計的java虛拟機，所有dex檔案與标準的class檔案在結構設計上有着很大的差別，當javac将java程式編譯成class後，dx工具将所有的class檔案整合到一個dex檔案中，這樣做使得各個類能夠共享資料，在一定程度上降低了容易，同時也使文結構更加緊湊，實驗表明，dex檔案時傳統jar檔案的50%左右。class檔案結構和dex檔案結構比對如下（該部分還會在後文講Android虛拟機時提到）：
.class檔案和.dex檔案結構對比圖
6、apkbuilder打包生成apk
- 工具：ApkBuilder類
- 工具路徑：sdkpath/tools/lib/sdklib_xxx.jar
- 輸入：上一步生成的classes.dex檔案，aapt時生成的resources.arsc、被編譯後的res檔案夾、AndroidManifest.xml，Other Resouces（assets檔案夾）
- 輸出：.apk檔案(Android Package)
7、對apk進行簽名
- 工具：apksigner.bat
- 工具路徑：sdkpath/build-tools/版本号/apksigner.bat
- 輸入：上一步中生成的.apk檔案、簽名檔案（Debug or Release Keystore）
- 輸出：簽名後的.apk檔案
簽名是一個apk身份的證明，Android系統在安裝apk的時候，首先會檢驗apk的簽名，如果發現簽名檔案不存在或者校驗簽名失敗，就會拒絕安裝。對一個apk檔案簽名後，apk檔案根目錄下回增加META-INF目錄，該目錄下有三個檔案：
META-IINF檔案夾結構
Android系統就是根據這三個檔案的内容對apk檔案進行簽名驗證的：
MANIFEST.MF中包含對apk中除了/META-INF檔案夾外所有檔案的簽名值。
MANIFEST.MF内容截圖
CERT.SF是對MANIFEST.MF檔案整體簽名以及其中各個條目的簽名。一般地，如果是使用工具簽名，還多包括一項，就是對MANIFEST.MF頭部資訊簽名。
CERT.SF内容截圖
CERT.RSA包含用私鑰對CERT.SF的簽名以及包含公鑰資訊的數字證書。用一般的文本打開後，會顯示亂碼。
CETR.RSA内容截圖
推薦閱讀：Android簽名有什麼用？
Android簽名過程詳解
8、zipalign優化
如果是在release mode下，還會對apk進行align，即對簽名後的apk進行對齊處理，這種方式是對apk進行整理和優化。
- 工具：zipalign
- 工具路徑：sdkpath/build-tools/版本号/zipalign.exe
- 輸入：上一步中簽名後的apk檔案
- 輸出：優化後的apk檔案
四、APK檔案結構
一個apk解壓後，其典型的結構如下所示，分别在apk打包流程中appt資源打包、javac編譯、簽名階段所産生：