常见的Android文件格式 - APK

摘要

APK的生成流程 APK 的生成是代码编译、资源处理、打包签名的流水线式过程 Java/Kotlin 代码资源文件 ↓ ↓ 编译为字节码资源编译（AAPT2） ↓ ↓ .class → DEX 生成 resources.arsc ↘ ↓ ...

APK的生成流程

APK 的生成是代码编译、资源处理、打包签名的流水线式过程

Java/Kotlin 代码      资源文件
      ↓                 ↓
  编译为字节码      资源编译（AAPT2）
      ↓                 ↓
  .class → DEX      生成 resources.arsc
          ↘          ↓         ↙
            APK 打包（zip 格式）
                 ↓
             签名（Jarsigner/APK Signer）
                 ↓
             最终 APK/ZIP 对齐优化（zipalign）

Java/Kotlin代码编译

输入：.java/.kt文件、依赖库(AAR/JAR)
工具：javac(Java)、kotlinc(Kotlin)
输出: .class字节码文件
关键过程:
- Java -> .class(JVM字节码)
- Kotlin -> .class(通过Kotlin编译器)

DEX转换

工具：D8或R8(取代旧版DX)
输入: 所有.class文件
输出: 单个/多个class.dex文件
作用: 将JVM字节码转为Android设备可执行的DEX格式
```
d8 --output ./out/ app.jar library.jar
```

资源处理阶段

资源编译与打包

工具:AAPT2
输入: /res/*(图片、XML布局) , AndroidManifest.xml.
输出:
- resources.arsc(二进制资源索引表),res/转换为二进制格式（如 layout.xml -> layout.bin）
作用:
- 资源ID分配
- 优化资源加载速度

# 示例：AAPT2 编译资源
aapt2 compile -o out/ res/layout/activity_main.xml
aapt2 link -o base.apk --manifest AndroidManifest.xml -I android.jar

APK打包阶段

工具:zip格式打包(通过Gradle或apkbuilder)
输入: DEX、资源文件、原生库(.so)、AndroidManifest.xml
输出: 未签名的APK（包含所有组件）

文件结构

APK
├── AndroidManifest.xml  # 二进制格式
├── classes.dex          # 可执行代码
├── res/                 # 二进制资源
├── resources.arsc       # 资源索引
└── lib/                 # .so 原生库（可选）

APK签名阶段

目的:确保APK的完整性和开发者身份认证
工具:
- jarsigner(传统工具)
- apksigner(官方推荐,支持v2/v3签名方案)

流程:

生成Keystore(密钥库)

keytool -genkey -v -keystore my.keystore -alias mykey -keyalg RSA -validity 1000

对APK签名

apksigner sign --ks my.keystore --ks-key-alias mykey app-unsigned.apk

ZIP对齐优化

工具:zipalign
作用:调整APK中文件的对齐方式，以优化内存访问效率

命令:

zipalign -v 4 input.apk output-aligned.apk

APK安装流程

用户触发安装APK->系统启动PackageInstaller界面。
复制APK到临时目录(如/data/app/vmdlxxx.tmp)。
解析APK信息(包名、权限等)-> 验证签名和兼容性。
分配应用专属目录(如/data/app/<包名>-XXXX/) -> 复制APK到该目录。
DEX优化(由dexopt转换为OAT文件)。
更新系统数据库(packages.xml) -> 注册应用信息。
广播通知安装完成->应用状态生效。

详解内部运作机制

触发安装:前端交互

用户场景:用户打开APK文件,系统调用PackageInstaller应用。
- PackageManagerService（PMS）
  - 功能：管理应用安装、卸载、权限授予。
  - 启动时机：系统启动时由 SystemServer 初始化。
- 核心方法
```
public void installPackageAsUser(String apkPath, int flags, int userId);
```
系统行文:
- Intent.ACTION_VIEW → 交由 PackageInstallerActivity 处理。
- 权限检查：校验安装来源（如 Settings.Secure.INSTALL_NON_MARKET_APPS）

复制到临时目录

临时存储路径：/data/app/vmdlXXXXXX.tmp（由系统生成唯一文件名）
关键服务：PackageManagerService（PMS）的 installPackageAsUser 方法

APK解析与验证

解析内容：
- 提取 AndroidManifest.xml（转为二进制后解析）
- 读取包名、版本号、权限列表（uses-permission)、SDK 要求等
签名验证：
- 检查签名证书的合法性（防止篡改）
- 对比现有签名（更新应用时需一致）

应用目录分配

目标路径：/data/app/<包名>-XXXX/（存储 APK 和私有数据）。
- 示例：/data/app/com.example.app-1a2b3c/
lib 目录：.so 文件解压到子目录 /lib/abi/（如 armeabi-v7a）
文件权限：设置 -rw-r--r--（用户私有，其他应用不可读）

DEX 优化（关键步骤）

流程：
- 原始 DEX 转换为 OAT 格式（ART 虚拟机优化）
- 输出至 /data/dalvik-cache/arm64/
工具链：
- dex2oat（编译器，将 DEX 转为机器码）
- 优化级别：speed（完全编译）或 quicken（快速优化）

数据库更新

关键文件：
- /data/system/packages.xml：存储包名、UID、权限、签名等信息。
- /data/system/packages.list：记录包名与数据目录的映射。
权限授权：将 uses-permission 声明的权限写入 PMS 内存映射。

广播通知安装结果

发送广播：Intent.ACTION_PACKAGE_ADDED → 通知系统和其他应用。
回调处理：系统服务更新状态（如 Launcher 刷新应用列表）

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