一、APK安装原理

二、APP启动流程优化

三、Android App 的安装过程

在分析安装过程之前，需要先了解一下 Android 项目是如何经过编译->打包生成最终的 .apk 格式的安装包。谷歌有一张官方图片来描述 apk 的打包流程，如下图所示。

一个完整的 Android 项目可能包含多个 module，而从宏观上看每一个 module 中的内容可以分为 2 部分：Resources 资源文件、Java 或者 Kotlin 源代码。因此整个项目的编译打包过程也是针对这 2 部分来完成。

编译阶段

Resources 资源文件

资源文件包括项目中 res 目录下的各种 XML 文件、动画、drawable 图片、音视频等。AAPT 工具负责编译项目中的这些资源文件，所有资源文件会被编译处理，XML 文件（drawable 图片除外）会被编译成二进制文件，所以解压 apk 之后无法直接打开 XML 文件。但是 assets 和 raw 目录下的资源并不会被编译，会被原封不动的打包到 apk 压缩包中。

资源文件编译之后的产物包括两部分：resources.arsc 文件和一个 R.java。前者保存的是一个资源索引表，后者定义了各个资源 ID 常量。这两者结合就可以在代码中找到对应的资源引用

源码部分

项目中的源代码首先会通过 javac 编译为 .class 字节码文件，然后这些 .class 文件连同依赖的三方库中的 .class 文件一同被 dx 工具优化为 .dex 文件。如果有分包，那么也可能会生成多个 .dex 文件。

实际上源代码文件也包括 AIDL 接口文件编译之后生成的 .java 文件，Android 项目中如果包含 .aidl 接口文件，这些 .aidl 文件会被编译成 .java 文件。

打包阶段

最后使用工具 APK Builder 将经过编译之后的 resource 和 .dex 文件一起打包到 apk 中，实际上被打包到 apk 中的还有一些其他资源，比如 AndroidManifest.xml 清单文件和三方库中使用的动态库 .so 文件。

apk 创建好之后，还不能直接使用。需要使用工具 jarsigner 对其进行签名，因为 Android 系统不会安装没有进行签名的程序。签名之后会生成 META_INF 文件夹，此文件夹中保存着跟签名相关的各个文件。

CERT.SF：生成每个文件相对的密钥

MANIFEST.MF：数字签名信息

xxx.SF：这是 JAR 文件的签名文件

xxx.DSA：对输出文件的签名和公钥。

但是实际打包过程还会多一步 apk 优化操作。就是使用工具 zipalign 对 apk 中的未压缩资源（图片、视频等）进行对齐操作，让资源按照 4 字节的边界进行对齐。这种思想同 Java 对象内存布局中的对齐空间非常类似，主要是为了加快资源的访问速度。如果每个资源的开始位置都是上一个资源之后的 4n 字节，那么访问下一个资源就不用遍历，直接跳到 4n 字节处判断是不是一个新的资源即可。

至此一个完整的 apk 安装包就创建成功，一个完整的 apk 解压缩之后的内容如下所示：

PMS安装过程概览

当我们点击某一个 App 安装包进行安装时，首先会弹出一个系统界面指示我们进行安装操作。这个界面是 Android Framework 中预置的一个 Activity—PackageInstallerActivity.java。当点击安装后，PackageInstallerActivity 最终会将所安装的 apk 信息通过 PackageInstallerSession 传给 PMS，具体方法在 commitLocked 方法中，

图中的 mPm 就是系统服务 PackageManagerService。installStage 方法就是正式开始 apk 的安装过程。

整个 apk 的安装过程可以分为两大步：

拷贝安装包；

装载代码。

拷贝安装包

从 installStage 方法开始看起

图中 1 处创建了类型为 INIT_COPY 的 Message。

图中 2 处创建 InstallParams，并传入安装包的相关数据。

Message 发送出去之后，由 PMS 的内部类 PackageHandler 接收并处理，

可以看出在 copyApk 方法中调用了 doCopyApk 方法，doCopyAPk 方法中主要做了 3 件事情：

图中 1 处创建存储安装包的目标路径，实际上是 /data/app/ 应用包名目录；

图中 2 处调用服务的 copyPackage 方法将安装包 apk 拷贝到目标路径中；

图中 3 处将 apk 中的动态库 .so 文件也拷贝到目标路径中。

装载代码

图中 1 处执行预安装操作，主要是检查安装包的状态，确保安装环境正常，如果安装环境有问题会清理拷贝文件。

图中 2 处是真正的安装阶段，installPackageTraceLI 方法中添加跟踪 Trace，然后调用 installPackageLI 方法进行安装。

图中 3 处处理安装完成之后的操作。

图中 1 处调用 PackageParser 的 parsePackage 方法解析 apk 文件，主要是解析 AndroidManifest.xml 文件，将结果记录在 PackageParser.Package 中。我们在清单文件中声明的 Activity、Service 等组件就是在这一步中被记录到系统 Framework 中，后续才可以通过 startActivity 或者 startService 启动相应的活动或者服务。

图中 2 处对 apk 中的签名信息进行验证操作。collectCertificates 做签名验证，collectManifestDigest 主要是做包的项目清单摘要的收集，主要适合用来比较两个包的是否一样。如果我们设备上已经安装了一个 debug 版本的 apk，再次使用一个 release 版本的 apk 进行覆盖安装时，会在这一步验证失败，最终导致安装失败。

图中 3 处时执行 dex 优化，实际为 dex2oat 操作，用来将 apk 中的 dex 文件转换为 oat 文件。

图中 4 处调用 installNewPackageLI 方法执行新 apk 的安装操作

installNewPackageLI 方法负责完成最后的 apk 安装过程，具体代码如下：

解释说明：

scanPackageLI 继续扫描解析 apk 安装包文件，保存 apk 相关信息到 PMS 中，并创建 apk 的 data 目录，具体路径为 /data/data/应用包名。

updateSettingsLI 如果安装成功，更新系统设置中的应用信息，比如应用的权限信息。

deletePackageLI 如果安装失败，则将安装包以及各种缓存文件删除

至此整个 apk 的安装过程结束，实际上安装成功之后，还会发送一个 App 安装成功的广播 ACTION_PACKAGE_ADDED。手机桌面应用注册了这个广播，当接收到应用安装成功之后，就将 apk 的启动 icon 显示在桌面上。

总结

这节课主要介绍了一个 Android 项目从编译成 apk 文件，然后被安装到手机设备上的简要过程。其中编译分 2 块内容：资源 + 源代码。并且生成 apk 之后还要经过签名、对齐等操作。apk 安装也分 2 块进行：安装包拷贝和代码装载。

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