APK檔案結構

Android應用是用Java編寫的，利用Android SDK編譯程式碼，並且把所有的資料和資原始檔打包成一個APK (Android Package）檔案，這是一個字尾名為.apk的壓縮檔案，APK檔案中包含了一個Android應用程式的所有內容，是Android平臺用於安裝應用程式的檔案。APK就是一個zip壓縮包，解開這個APK包我們可以看到以下的結構：

Figure 1 APK檔案結構

1)       assets目錄：用於存放需要打包到APK中的靜態檔案，和res的不同點在於，assets目錄支援任意深度的子目錄，使用者可以根據自己的需求任意部署資料夾架構，而且res目錄下的檔案會在.R檔案中生成對應的資源ID，assets不會自動生成對應的ID，訪問的時候需要AssetManager類。

2)       lib目錄：這裡存放應用程式依賴的native庫檔案，一般是用C/C++編寫，這裡的lib庫可能包含4中不同型別，根據CPU型號的不同，大體可以分為ARM，ARM-v7a，MIPS，X86，分別對應著ARM架構，ARM-V7架構，MIPS架構和X86架構，這些so庫在APK包中的構成如下圖Figure2：

Figure 2 lib目錄結構

其中，不同的CPU架構對應著不同的目錄，每個目錄中可以放很多對應版本的so庫，且這個目錄的結構固定，使用者只能按照這個目錄存放自己的so庫。目前市場上使用的移動終端大多是基於ARM或者ARM-V7a架構的，X86和MIPS架構的移動智慧終端比較少，所以有些應用程式lib目錄下只包含armeabi目錄或者armeabi-v7a目錄，也就是說，這四個目錄要根據CPU的架構來選，而市面上ARM架構的手機佔大多數，所以一般的APK只包含ARM和ARM-V7a的so。

3)       res目錄：res是resource的縮寫，這個目錄存放資原始檔，存在這個資料夾下的所有檔案都會對映到Android工程的.R檔案中，生成對應的ID，訪問的時候直接使用資源ID即R.id.filename，res資料夾下可以包含多個資料夾，其中anim存放動畫檔案；drawable目錄存放影象資源；layout目錄存放佈局檔案；values目錄存放一些特徵值，colors.xml存放color顏色值，dimens.xml定義尺寸值，string.xml定義字串的值，styles.xml定義樣式物件；xml資料夾存放任意xml檔案，在執行時可以通過Resources.getXML()讀取；raw是可以直接複製到裝置中的任意檔案，他們無需編譯。

4)       META-INF目錄：儲存應用的簽名信息，簽名信息可以驗證APK檔案的完整性。AndroidSDK在打包APK時會計算APK包中所有檔案的完整性，並且把這些完整性儲存到META-INF資料夾下，應用程式在安裝的時候首先會根據META-INF資料夾校驗APK的完整性，這樣就可以保證APK中的每一個檔案都不能被篡改。以此來確保APK應用程式不被惡意修改或者病毒感染，有利於確保Android應用的完整性和系統的安全性。META-INF目錄下包含的檔案有CERT.RSA，CERT.DSA，CERT.SF和MANIFEST.MF，其中CERT.RSA是開發者利用私鑰對APK進行簽名的簽名檔案，CERT.SF，MANIFEST.MF記錄了檔案中檔案的SHA-1雜湊值。

5)       AndroidManifest.xml：是Android應用程式的配置檔案，是一個用來描述Android應用“整體資訊”的設定檔案，簡單來說，相當於Android應用向Android系統“自我介紹”的配置檔案，Android系統可以根據這個“自我介紹”完整地瞭解APK應用程式的資訊，每個Android應用程式都必須包含一個AndroidManifest.xml檔案，且它的名字是固定的，不能修改。我們在開發Android應用程式的時候，一般都把程式碼中的每一個Activity，Service，Provider和Receiver在AndroidManifest.xml中註冊，只有這樣系統才能啟動對應的元件，另外這個檔案還包含一些許可權宣告以及使用的SDK版本資訊等等。程式打包時，會把AndroidManifest.xml進行簡單的編譯，便於Android系統識別，編譯之後的格式是AXML格式，如下圖Figure3所示：

Figure 3 AXML格式

       axml頭：其中的axml頭是固定標識axml檔案的，其值固定時0x00080003。

axml檔案長度：標識axml檔案的大小。

StringDataSegment：xml檔案中所有字串型別儲存在此。

ResourceIdSegment：xml檔案中宣告的資原始檔ID保存於此。

XmlContentSegment：是xml的內容段，按照xml檔案中的結構依次排開，儲存xml的資料內容。

6)       classes.dex：

傳統的Java程式，首先先把Java檔案編譯成class檔案，位元組碼都儲存在了class檔案中，Java虛擬機器可以通過解釋執行這些class檔案。而Dalvik虛擬機器是在Java虛擬機器進行了優化，執行的是Dalvik位元組碼，而這些Dalvik位元組碼是由Java位元組碼轉換而來，一般情況下，Android應用在打包時通過AndroidSDK中的dx工具將Java位元組碼轉換為Dalvik位元組碼。dx工具可以對多個class檔案進行合併，重組，優化，可以達到減小體積，縮短執行時間的目的。dx工具的轉換過程如圖所示：

Figure 4 dx工具把.class檔案轉換成dex檔案

       如圖Figure 4，dx工具把每個.class檔案的每個區域的內容進行去重，重組，優化重排後生成dex檔案，生成的dex檔案可以在Dalvik虛擬機器執行，且速度比較快。

7)       resources.arsc：用來記錄資原始檔和資源ID之間的對映關係，用來根據資源ID尋找資源。Android的開發是分模組的，res目錄專門用來存放資原始檔，當在程式碼中需要呼叫資原始檔時，只需要呼叫findviewbyId()就可以得到資原始檔，每當在res資料夾下放一個檔案，aapt就會自動生成對應的ID儲存在.R檔案，我們呼叫這個ID就可以，但是隻有這個ID還不夠，.R檔案只是保證編譯程式不報錯，實際上在程式執行時，系統要根據ID去尋找對應的資源路徑，而resources.arsc檔案就是用來記錄這些ID和資原始檔位置對應關係的檔案。

APK安裝過程

Adroid的應用安裝涉及到如下幾個目錄：

/data/app：存放使用者安裝的APK的目錄，安裝時，把APK拷貝於此。

/data/data：應用安裝完成後，在/data/data目錄下自動生成和APK包名（packagename）一樣的資料夾，用於存放應用程式的資料。

/data/dalvik-cache：存放APK的odex檔案，便於應用啟動時直接執行。

具體安裝過程如下：

首先，複製APK安裝包到/data/app下，然後校驗APK的簽名是否正確，檢查APK的結構是否正常，進而解壓並且校驗APK中的dex檔案，確定dex檔案沒有被損壞後，再把dex優化成odex，使得應用程式啟動時間加快，同時在/data/data目錄下建立於APK包名相同的資料夾，如果APK中有lib庫，系統會判斷這些so庫的名字，檢視是否以lib開頭，是否以.so結尾，再根據CPU的架構解壓對應的so庫到/data/data/packagename/lib下。

APK安裝的時候會把DEX檔案解壓並且優化位odex，odex的格式如Figure 5圖所示：

Figure 5 odex檔案格式

odex在原來的dex檔案頭添加了一些資料，在檔案尾部添加了程式執行時需要的依賴庫和輔助資料，使得程式執行速度更快。