Android性能优化(5)：APK瘦身优化

 APK，全称Android Application Package，即Android应用程序包，是Android系统使用的一种应用程序包文件格式，它的作用是将Android程序和资源整合在一起，以便Android程序能在Android设备上正常运行。简单地说，就是一个Android应用程序的代码要想在Android设备上运行，必须先进行编译，然后被打包成一个被Android系统所能识别的文件才可以被运行，而这种能被Android系统识别并运行的文件格式就是"APK"，而文件后缀为".apk"。

1. APK文件结构

 APK文件本质上是一个压缩文件，我们将一个APK文件进行解压，它主要包含以下文件：

• assets目录：存放原生的静态资源文件，如图片、JSON配置文件、二进制数据、HTML5等。系统在编译时不会编译该目录下的资源，因此不会像res目录样能被直接通过R.xxx.xxx进行访问，而是需要通过AssetManager以二进制流的形式来读取资源。注意：res/raw目录存储的也是原生的资源文件，但是它能够被Android映射成R.xxx.xxx资源，它们的不同之处在于assets目录下的文件结构支持树形结构目录，而res/raw不支持。另外，assets目录下的单个文件尽量在1MB以下，而res/raw目录下的单个文件可以任意MB。

// 访问assets目录下的资源
AssetManager manager = this.getAssets();
InputStream in = manager.open("image/logo.jpg");//注意路径
Bitmap bitmap = BitmapFactory.decodeStream(in);

// 访问res/raw目录下的资源
InputStream is = this.getResources().openRawResource(R.raw.logo);
Bitmap image = BitmapFactory.decodeStream(is);

• lib目录：存放应用程序依赖的不同架构(ABI)的.so文件。
• res目录：存放应用的资源文件，包括图片、字符串、颜色、尺寸、动画文件、布局文件等资源。这个目录下的所有资源都会出现在资源清单文件R.java的索引中。
• MERA-INF目录：保存应用程序的签名信息，签名信息可以验证APK文件的完整性。
  • MANIFEST.MF：该文件保存了APK包中每个文件得名字及其SHA1哈希值；
  • CERT.SF：该文件保存了MANIFEST.MF文件的哈希值及其文件中每一个哈希项的哈希值；
  • CERT.RSA：该文件保存了APK包的签名和证书的公钥信息；
• AndroidManifest.xml：Android 应用的配置文件，用于描述 Android 应用的整体情况。每个 Android 应用必须包含一个 AndroidManifest.xml 文件。AndroidManifest.xml 包含了 Android 四大组件的注册信息，权限声明以及 Android SDK 版本信息等，该文件将会被编译成二进制文件。
• classes.dex：应用程序可执行文件，即Dalvik字节码文件。APK中可能包含多个dex文件，具体要看Android程序的所有方法数是否超过65535，如果超过就进行分包处理，就会出现多个dex文件的情况。
• Resources.arsc：资源配置文件。该文件用于记录资源文件位置和资源ID之间的映射关系，以便系统能够根据ID去寻找对应的资源路径。该ID实际上与R.java中存储的是一样的，但是R.java只是便于开发者调用资源且保证编译程序不报错，而实际上在程序运行时系统需要根据这个ID从Resources.arsc文件保存的对应的路径中获取资源文件。

2. APK瘦身优化

 在第1小节中，我们介绍了一个APK文件的结构主要由动态库目录(lib)、资源文件目录(assets&res)、字节码文件(.dex)、资源配置文件(Resources.arsc)以及清单文件(AndroidManifest.xml)等组成，其中，lib目录、assets&res目录、.dex文件这三部分对整个APK文件大小占比达到99%以上，这里可以通过AS的可以看出。也就是说，对于APK文件的瘦身优化，将从字节码文件、资源文件以及动态库这三个方面入手。AS执行"Build->Analyze APK"操作效果图如下：

2.1 优化dex文件大小

2.1.1 Proguard

 ProGuard是Android SDK中提供的一个可用于对Java字节码文件进行压缩、优化、混淆以及预校验的免费工具，它通过工程中所有代码以找出无用的代码并将其移除，同时还会使用语义上隐晦的名称来重命名代码中的类、接口、字段和函数等，达到压缩、优化和混淆代码的功能，从而使最终生成的APK文件变得更小、效率更高、更难被反编译。在工程中开启混淆方法，修改app module的build.gradle文件。

android {
    ...
        
    buildTypes {
        release {
            // 开启Proguard打包混淆
            minifyEnabled true
            // 指定混淆规则文件
            // 自定义规则在proguard-rules.pro文件
            proguardFiles getDefaultProguardFile('proguard-android.txt'), 
												 'proguard-rules.pro'
        }
    }
}

• ProGuard工作原理

ProGuard具体工作流程如下：

1. 压缩(Shrink)：检测并移除代码中无用的类、字段、方法和特性；
2. 优化(Optimize)：分析和优化相关方法字节码，移除无用的指令；
3. 混淆(Obfuscate)：使用随机的小写且无意义的名称对类、字段和方法进行重命名；
4. 预校验(Preverify)：在Java平台上对处理后的代码进行预校验，确保加载的class文件是可执行的。

• Proguard使用参数

注：关于Proguard的具体使用，请参照我这篇文章。

2.1.2 AndResGuard

 AndResGuard是微信团队开源的一个缩小APK大小的工具，它的原理类似于Proguard，但是只针对资源，它会把原本冗长的资源路径变短，比如讲res/drawable/wechat变为r/d/a。相比于Proguard，AndResGuard的优势在于它通过自己实现安装包解压和利用7z极限压缩进行打包，使得整个混淆打包过程不依赖源码和编译流程，只需输入一个APK文件(无论签名与否、debug版、release版)，从而做到最大混淆，大大减少了安装包体积，同时也提升了APk被破解的难度。AS中配置方法如下：

• 配置根目录下的build.gradle文件

buildscript {
    repositories {
        jcenter()
        google()
    }

    dependencies {
        classpath 'com.android.tools.build:gradle:3.1.4'
         // 添加依赖，AndResProguard
        classpath 'com.tencent.mm:AndResGuard-gradle-plugin:1.2.17'
    }
}

• 配置app目录下的build.gradle文件

apply plugin: 'AndResGuard'

android {
	...
}

dependencies {
   ...
}

andResGuard {
    // mappingFile用于keep住资源原有的物理路径
    // mappingFile = file("./resource_mapping.txt")
    mappingFile = null
    use7zip = true
    useSign = true
    // 打开这个开关，会keep住所有资源的原始路径，只混淆资源的名字
    keepRoot = false
    // 设置这个值，会把arsc name列混淆成相同的名字，减少string常量池的大小
    fixedResName = "arg"
    // 打开这个开关会合并所有哈希值相同的资源，但请不要过度依赖这个功能去除去冗余资源
    mergeDuplicatedRes = true
    // 设置白名单，即不混淆某些资源
    // 白名单机制只作用于资源的specsName，不会keep住资源的路径
    // 如果想keep住资源原有的物理路径，可以使用mappingFile
    whiteList = [
            // for your icon
            "R.drawable.icon",
            // for fabric
            "R.string.com.crashlytics.*",
            // for google-services
            "R.string.google_app_id",
            "R.string.gcm_defaultSenderId",
            "R.string.default_web_client_id",
            "R.string.ga_trackingId",
            "R.string.firebase_database_url",
            "R.string.google_api_key",
            "R.string.google_crash_reporting_api_key"
    ]
    // 指定压缩的文件类型。支持以下三种文件通配符：
    // * 为文件通配符，表示0个或多个字符；
    // ? 表示0个或1个字符；
    // + 表示1个或多个字符；
    compressFilePattern = [
            "*.png",
            "*.jpg",
            "*.jpeg",
            "*.gif",
    ]
        
    // 配置7Zip
    // 只需设置artifact或path，如果同时设置总以path的值为优先
    // 注意：对于发布与Google Play的APP建议不要使用7Zip压缩
    sevenzip {
        artifact = 'com.tencent.mm:SevenZip:1.2.17'
        //path = "/usr/local/bin/7za"
    }

    /**
     * 可选： 如果不设置则会默认覆盖assemble[BuildType | Flavor]输出的apk
     * 如果配置则输出至finalApkBackupPath配置路径
     **/
    // finalApkBackupPath = "${project.rootDir}/final.apk"

    /**
     * 可选: 指定v1签名时生成jar文件的摘要算法
     * 默认值为“SHA-1”
     **/
    // digestalg = "SHA-256"
}

 接着，Sync Android项目，同步完毕后我们打开Android Studio右侧栏的Gradle选项，展开：app就会出现一个名为"andreguard"的目录，该目录包含了一些可执行选项，用于执行混淆打包。

 这里我们双击resguardRelease执行生成被打包混淆APk，保存路径位于目录app/build/ouputs/realse中，会自动生成一个AndResGuard_app目录，然后目录下面有多个被混淆打包的apk文件，而app-rlease-signed-7zip-aligned.apk就是我们需要的release版apk。通过apktool工具进行反编译，发现确实已经将所有资源(非白名单)进行了混淆，且APK的大小由在没有做任何资源优化的情况下由原来的20MB减小到16MB，可以说明效果还是很明显的。生成APk路径如下：

 当然，除了直接在AS中配置AndResGuard，我们也可以官方提供的andresguard.jar来对apk文件进行混淆，该方式简单用法如下所示：

// 直接混淆处理，默认配置和输出路径
java -jar andresguard.jar input.apk

// 若想指定配置文件或输出目录
java -jar andresguard.jar input.apk -config yourconfig.xml -out output_directory

// 若想指定签名信息或mapping信息：
java -jar andresguard.jar input.apk -config yourconfig.xml
	-out output_directory -signature signature_file_path storepass_value
	keypass_value storealias_value -mapping mapping_file_path
	
// 若想指定7zip或zipalign的路径(若已设置环境变量，这两项不需要单独设置)：
java -jar andresguard.jar input.apk
 -7zip /shwenzhang/tool/7za  -zipalign /shwenzhang/sdk/tools/zipalign
 
// 若想用7zip重打包安装包，同时也可指定output路径
// 指定7zip或zipalign的路径(此模式其他参数都不支持)：
java -jar andresguard.jar -repackage input.apk -out output_directory
 -7zip /shwenzhang/tool/7za  -zipalign /shwenzhang/sdk/tools/zipalign  

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除此之外，还可以从以下几个方面进行优化：

• 删除无用或重复的第三方库、jar包；
• 重新编译第三方库。由于很多时候在项目中，对于第三方库只使用了部分功能，我们可以尝试抽取出项目用到的部分并重新编译，以此来减小dex文件大小。但是，重新编译第三方库可能会引起较多的问题，不到万不得已，尽量不要走到这步。

2.2 优化资源文件大小

2.2.1 Android Lint

 Android Lint是Android SDK于ADT16引入的一个非常强大的代码扫描工具，它通过对Android工程源码代码进行扫描和检查，来帮助开发者自动检测代码的质量、安全问题以及无用资源，通俗来说就是发现潜在的错误，便于开发者及早修正这些问题。Android Lint工作过程比较简单，整个Lint过程由Lint Tool（检测工具），Source Files（项目源文件）和lint.xml（配置文件） 三个部分组成，Lint Tool 读取 Source Files，根据 lint.xml 配置的规则输出结果。Lint工作原理大体如下：

• 启动Lint

  由于Android Studio直接集成了Lint，因此我们无需再安装Lint工具，只需点击主菜单->Analyze-> Inspect Code即可启动Lint工具。弹出检查配置对话框如下：

 其中，注释1选项卡用于设置检查的范围，默认为整个工程(whole project)，我们也可以选中Custom scope指定感兴趣的范围，比如某个module；注释2用于指定检查配置文件，这里选中默认就好(Project Default)。然后，点击面板上的OK按钮，等待几分钟就可以看到检查结果，如下图所示：

 从结果面板可知，Lint结果由4部分组成：注释1为Lint检查结果，可以根据不同方式对检查结果进行展示，比如按照问题的严重程度分组、按照目录分组等；注释2给出自动修改方案，我们点击对应的按钮AS便可完成修改；注释3给出的是对问题的描述；注释4用于在指定区域检查同类问题。

• 根据规则名称来检查

 在APK瘦身优化中，我们用得较多的就是使用Android Lint移除工程中那些无用的资源，可以通过点击主菜单->Analyze -> Run Inspection By Name实现。弹出对话框后，在过滤框中输入unused resources关键字，双击下拉列表中的unused resources选项，然后会弹出检查范围设置对话框，这里我们使用默认Project Default，点击OK后，等会儿就会出现检查结果。检查结果如下：

 需要注意的是，Lint工具无法检查出被反射访问的资源，如果有反射访问情况，请复查下以免错删。另外，Lint分析资源文件时会跳过assets文件，对于该目录下的资源需要自行判断是否有使用，如果没有，尽量将其从工程中删除。

2.2.2 tinypng

 Tinypng 是一款 PNG 图片压缩工具，压缩率能达到 50% 以上，图片在压缩之前和之后几乎看不出差别，几乎是无损压缩。Tinypng API 支持所有主流的平台，除了图片压缩，Tinypng 还支持对图片做缩放，裁切等处。据官网介绍，它的原理是通过合并图片中相似的颜色，通过将 24 位的 PNG 图片压缩成小得多的 8 位色值的图片，并且去掉了图片中不必要的 metadata（元数据，从 Photoshop 等工具中导出的图片都会带有此类信息），这种方式几乎能完美支持原图片的透明度。它还有一个兄弟叫 Tinyjpg，支持 JPG 图片压缩。

• tinypng使用方法

 tinypng工具使用非常简单，即打开官网，然后将png格式图片拖拽到主页上方的方框区域即可。

• 压缩效果。

  可以看出，几乎没有什么区别。
  

2.2.3 WebP

 WebP是谷歌于2010年发布的一种旨在加快图片加载速度的图片格式，派生自图像编码格式VP8 。它不仅支持无损或有损压缩、alpha通道，还支持动画演示。在同画质的情况下，webp格式图片占用体积相较于jpg图片大约减少40%，相较于无损png图片大约减少30%。目前移动端Android4.0(API 14，如果需要支持无损和透明通道API>=18)以上、PC端chorme 10+（14 ~ 16 有渲染bug）、opera 11+ 、safri均支持webp格式图片。Android Studio 可以将 PNG、JPG、BMP 或静态 GIF 图片转换为 WebP 格式，支持转换单张图片，也可以转换包含多张图片的文件夹。要转换某张图片或包含多张图片的文件夹，请按照下列步骤操作：

1. 右键点击某个图片文件或包含很多图片文件的文件夹，然后点击 Convert to WebP；
2. Converting Images to WebP 对话框随即打开。默认设置取决于当前模块的 minSdkVersion 设置。
   

• 面板说明：
  • 注释1：使用有损压缩，Encoding quality用于设置压缩质量；
  • 注释2：使用无损压缩，需minSdkVersion>=18；
  • 注释3：转换后比原始图片大则舍弃，默认开启；
  • 注释4：不转换.9.png图片，默认开启；
  • 注释5：是否跳过包含透明(alpha)通道的图像，minSdkVersion<18默认跳过。

3. 点击OK开始转换。如果您在上面选择了无损转换，系统会立即进行转换，并覆盖原来的生成一张后缀为.webp的图片；如果您选择了有损转换，并且选择在保存之前查看每张转换后图片的预览效果，其中，注释1处显示了原始图像和编码图像之间的像素，注释2处的进度条用于设置压缩转换质量，当设置为75%时，原始图和转换后图像基本看不出差异，但是图片的大小由749.7KB降到17.9KB，相比于tinypng压缩的158.8KB，整整比处理后的PNG图像又降了88%左右，相对于原始图像缩小了98%。有损压缩预览如下：
   

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 除此之外，还可以从以下几个方面进行优化：

• 尽量不要使用帧动画，因为一个帧动画会包含多张图片；
• 将较大的资源文件放到服务端，APP启动后自动下载使用；
• 针对所有屏幕密度，尽量使用一套图片资源、一套布局、多套dimens.xml文件，在使用最小资源的情况下实现多分辨率的适配；
• 去除无用或功能上重复的第三方库，因为这些库也包含了自身的资源文件；
• 对assets资源目录作一定取舍，因为该目录资源保存的是原始资源。
• 使用gradle开启shrinkResources；

android {
    ...
        
    buildTypes {
        release {
             // 移除无用的resource文件
            shrinkResources true
            // 开启Proguard打包混淆
            minifyEnabled true
            // 指定混淆规则文件
            // 自定义规则在proguard-rules.pro文件
            proguardFiles getDefaultProguardFile('proguard-android.txt'), 
												 'proguard-rules.pro'
        }
    }
}

2.3 优化libs目录大小

2.3.1 裁剪libs目录

 为了支持不同的CPU指令集，在Android工程中的lib目录可能会包含多种不同的CPU架构的so文件，比如armeabi，armeabi-v7a，x86，mips，arm64-v8a等。它们的区别如表所示：

具体说明：

• armeabi：第5代 ARM v5TE，使用软件浮点运算，兼容所有ARM设备，通用性强，速度慢；

• armeabi-v7a：第7代 ARM v7，使用硬件浮点运算，具有高级扩展功能。兼容支持armeabi和armeabi-v7a，，是目前Android手机主流CPU；

• arm64-v8a：第8代，64位，包含AArch32、AArch64两个执行状态对应32、64bit。兼容支持armeabi、armeabi-v7a和arm64-v8a；

• X86：一般用于平板，兼容支持 armeabi(性能有所损耗) 和 x86；

• x86_64：一般用于平板，兼容支持 x86 和 x86_64；

• mips、mips64：基本用不上；

 从上面的分析可知，由于armeabi架构的Android设备基本被淘汰了，目前主流的CPU架构为armeabi-v7a，且该架构前后支持armeabi和arm64-v8a设备，也就是说，除非特殊情况需要做CPU架构适配，一般情况我们在Android应用中保留armeabi-v7a架构就可以了。通过删除其他架构的so，实现减小APK的体积。

2.3.2 插件化

 使用插件化技术动态加载so文件，以达到减小APK包体积的目的。关于插件化技术，将在接下来的文章中讲解。

转载：https://blog.csdn.net/AndrExpert/article/details/103483635