Android编译打包流程和资源加载浅析,及如何提高工具打包的资源加载效率

背景:

简单来说我们的打包工作就是hack原始包,向其中注入代码。ps:我们不是黑客!

原始打包(hack)方案:

  • 1.反编译原始apk,得到文件夹A。
  • 2.将要加入的jar包变成dex,再变成smali,放入A。
  • 3.将要加入的资源直接放入A。
  • 4.重新编译A生成新apk。

现在的方案来自Android逆向。
好了,看出问题在哪吗?
资源直接放入A,未经编译,所以没有索引。

这种资源如何在运行时加载?

采用Resources.getIdentifier()。

getResources().getIdentifier("icon", "drawable", "com.XX.XX.mainactivity");

官方不鼓励用这种方式,采用索引比使用名称更快。原话如下:
use of this function is discouraged. It is much more efficient to retrieve resources by identifier than by name.

这种打包方案是可行的,但是官方的提示,始终内心不安,于是继续深挖。

资源索引

反编译得到文件夹,进去是看不到索引的。所以一开始我们也没关注索引。
而直接解压是能看到索引的。
解压apk包得到内容如下:

image

AndroidManifest.xml:直接解压得到二进制格式清单文件,打开后一堆乱码,需要将apk反编译才能看到文本格式。
class.dex :代码文件。
resources.arsc: 资源索引文件,这个是重点,之前被忽略了。
res:资源,包括图片,字符串、布局等。
assets: 也是资源文件夹。

assets和res的区别:

    1. res中的文件会被映射到R.java文件中,访问的时候直接使用资源ID即R.id.filename;用来存放android应用程序的9中类型的资源,如图标,颜色,动画,布局,数值,配置等信息。
    1. assets:
      这些文件最终会被原装不动地打包在apk文件中。assets文件夹下的文件不会被映射到R.java中,需要使用文件名来访问。
      this is a good location for textures and game data.
      存放游戏数据如声明,协议等。
待加入原始apk的渠道文件中包含的资源文件,大多数资源在res目录下,是可以生成索引,这是我们优化的点。

索引的好处:

为了使得应用程序能够在运行时同时支持不同尺寸和密度的屏幕和不同的语言,Android应用程序资源的组织方式有19个维度,组织方式如下图所示。有不同的屏幕和中文语言。

image

resources.arsc是一种二进制格式的文件。aapt在对资源文件进行编译时,会为每一个资源分配唯一的id值,程序在执行时会根据这些id值读取特定的资源,而resources.arsc文件正是包含了所有id值的一个数据集合。在该文件中,如果某个id对应的资源是String或者数值(包括int,long等),那么该文件会直接包含相应的值,如果id对应的资源是某个layout或者drawable资源,那么该文件会存入对应资源的路径地址。

可见,这么多资源目录,不通过索引而直接用资源名称来查找资源是很费时的。
万不得已要用资源名称查找时,可以采用下面的方式,据说比前面提到的Resources.getIdentifier() 快4倍。

使用名称查找资源的更优方式:

/**
 * @author Lonkly
 * @param variableName - name of drawable, e.g R.drawable.<b>image</b>
 * @param с - class of resource, e.g R.drawable.class or R.raw.class
 * @return integer id of resource
 */
public static int getResId(String variableName, Class<?> с) {

    Field field = null;
    int resId = 0;
    try {
        field = с.getField(variableName);
        try {
            resId = field.getInt(null);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    } catch (Exception e) {
        e.printStackTrace();
    }
    return resId;

}

使用:

int id = ResourceMan.getResId("icon", R.drawable.class);

新加入的资源能生成索引吗?

我们都知道编写代码时,res中的资源可以直接通过findViewById(R.XX.XX)的方式获得。R.jav中存放了资源的id,这是IDE自动生成的,其实IDE也是通过资源打包工具aapt(android Asset Package Tool)工具来编译的,

Android资源打包工具aapt在编译和打包资源的过程中,会执行以下两个额外的操作:

  1. 赋予每一个非assets资源一个ID值,这些ID值以常量的形式定义在一个R.Java文件中。
  2. 生成一个resources.arsc文件,用来描述那些具有ID值的资源的配置信息,它的内容就相当于是一个资源索引表。

有了资源ID以及资源索引表之后,Android资源管理框架就可以迅速将根据设备当前配置信息来定位最匹配的资源了。

## Android简化版打包流程

image

打包流程图

image
image
  1. 通过aapt打包res资源文件,生成R.java、resources.arsc和res文件(二进制 & 非二进制如res/raw和pic保持原样)
  2. 处理.aidl文件,生成对应的Java接口文件
  3. 通过Java Compiler编译R.java、Java接口文件、Java源文件,生成.class文件
  4. 通过dex命令,将.class文件和第三方库中的.class文件处理生成classes.dex
  5. 通过apkbuilder工具,将aapt生成的resources.arsc和res文件、未编译的资源assets文件和classes.dex一起打包生成apk
  6. 通过Jarsigner工具,对上面的apk进行debug或release签名
  7. 通过zipalign工具,将签名后的apk进行对齐处理。

从完整的打包流程来看,使用aapt把待加入原始apk的资源文件编译生成资源索引是关键。

生成索引

AAPT是Android Asset Packaging Tool的缩写,它存放在SDK的tools/目录下,AAPT的功能很强大,可以通过它查看查看、创建、更新压缩文件(如 .zip文件,.jar文件, .apk文件), 它也可以把资源编译为二进制文件,并生成resources.arsc, AAPT这个工具在APK打包过程中起到了非常重要作用,在打包过程中使用AAPT对APK中用到的资源进行打包,这里不对AAPT这个工具做过多的讨论,只看一下AAPT这个工具在打包过程中起到的作用,下图是AAPT打包的流程:


image

AAPT这个工具在打包过程中主要做了下列工作:

  1. 把"assets"和"res/raw"目录下的所有资源进行打包(会根据不同的文件后缀选择压缩或不压缩),而"res/"目录下的其他资源进行编译或者其他处理(具体处理方式视文件后缀不同而不同,例如:".xml"会编译成二进制文件,".png"文件会进行优化等等)后才进行打包;
  2. 会对除了assets资源之外所有的资源赋予一个资源ID常量,并且会生成一个资源索引表resources.arsc;
  3. 编译AndroidManifest.xml成二进制的XML文件;
  4. 把上面3个步骤中生成结果保存在一个.ap_文件,并把各个资源ID常量定义在一个R.java中,打入.dex;
**资源加密  
修改aapt,编译时对资源文件名称压缩,这样通过使用修改过的AAPT编译资源并进行打包,  
既可以减小包体,又可以对资源进行一定程度的加密。**

aapt 命令参数

-f 如果编译出来的文件已经存在,强制覆盖。
-m 使生成的包的目录放在-J参数指定的目录。
-J 指定生成的R.java的输出目录
-S res文件夹路径
-A assert文件夹的路径
-M AndroidManifest.xml的路径
-I 某个版本平台的android.jar的路径
-F 具体指定apk文件的输出

命令具体使用方法,这里不赘述,Android知识博大精深,随便一个点可以拿出来说几篇。

Android资源加载

image

事实上,当程序运行时,所需要的资源都要从原始文件中读取(APK在安装时都会被系统拷贝到/data/app目录下)。加载资源时,首先加载resources.arsc,然后根据id值找到指定的资源,没有资源索引的就需要通过资源名称来加载。

总结:

打包流程:

  1. 新资源拷贝到原始文件夹相应目录,(这里可能会有命名冲突,如何解决?)。
  2. aapt编译资源,重新生成R.java和resources.arsc并覆盖旧版。
  3. 资源编译时顺便简化资源名称,实现减小包体和资源加密的目的。
  4. 后续流程和之前的打包方式一样。

资源加载:
有了索引之后就可以直接通过索引而不是资源名称访问了,提高效率。

以上内容是通过研究Android打包流程和资源加载时对现有打包方案不足之处的思考,仅理论,待实践。
本人知识浅薄,有任何问题请指正,不吝赐教!

参考文章:

Android官网

Android应用程序资源的编译和打包过程分析

Android资源管理框架(Asset Manager)
打包总览

老罗的Android之旅
Android应用程序资源的编译和打包过程分析

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