Android APK安装过程学习笔记

1.什么是APK

　　APK，即Android Package，Android安装包。不同平台的安装文件格式都不同，类似于Windows的安装包是二进制的exe格式，Mac的安装包是dmg格式。APK可以再Android上执行安装，APK的本质是一个Zip压缩包，只是后缀被修改为apk，其中打包了源代码编译出的class.dex、一些图片视屏资源文件和一些Native库文件。APK文件与Zip文件最大的一个不同是APK包含签名文件，用于保证安装包安全不被修改。

2.什么是DEX文件和ODEX文件

　　Java卡平台是由源代码编译出的class文件分别运行在不同平台的虚拟机上，由虚拟机屏蔽了不同平台的差异。但是由于Android系统针对手持设备，对Dalvik虚拟机进行了优化，主要包括：
　　　　（1）将原来class文件进行优化，例如将其中的常量冗余信息进行合并，提供虚拟机解析效率；
　　　　（2）修改JVM运行时基于栈的数据结构修改为Dalvik基于寄存器的数据结构，数据访问方式更快，运行效率更高。
　　这种情况下，原来的.class文件就有些不适用了，因此，出现了dex文件格式，它是源代码编译后打包生成的文件。它是APK的一个组成部分。ODEX文件是Dalvik将dex文件中可执行文件class.dex文件解压出来后，存储在本地后生成的。因为Android系统无法直接运行APK文件，需要将其解压后找到class.dex文件后才可以运行，因此在安装时就将其取出放在本地，可以提高应用启动速度。除了这个原因，其实在将class.dex转换成ODEX文件过程中，还根据当前系统进行了优化（直接复制到其他系统不一定可以运行），文件大小会减少，ODEX文件比DEX文件更难反编译，这也在一定程度上提高了安全性，因此在一些系统预安装或系统级应用大多采用了ODEX优化。一般ODEX不直接运行，在Dalvik运行ODEX时，需要通过JIT进行优化，提高运行效率。JIT是一种在运行时同步将字节码转化成机器码的过程，Dalvik直接运行转化后的机器码，这会导致部分的内存和时间开销，但是整体来说，在某些情况下是会提高系统性能的。（有些动态编译器，可能根据经验或尝试编译，优化这一过程，可能运行次数越多，优化效果越好）。

3.什么是OAT文件

　　OAT文件是ART运行的文件，是一种二进制可运行文件，包含DEX文件和编译出的本地机器指令文件，其文件格式类似于网络数据报文，包含文件头和文件体，文件头的oatdata、oatexec和oatlastword字段分别描述DEX文件位置和本地机器指令的起止位置。因为OAT文件包含DEX文件，因此比ODEX文件占用空间更大，由于其在安装时经过了ART的处理，ART加载OAT文件后不需要经过处理就可以直接运行，它没有了从字节码转换成机器码的过程，因此运行速度更快。可以理解为JIT进行优化从运行时才解析提前到了安装时解析，安装变慢，运行变快。

4.什么是Dalvik和ART

　　Dalvik和ART都是Android运行环境，但是由于Dalvik存在一些不足，ART是在高版本手机上替换Dalvik的。Dalvik和ART是Android平台实现的JAVA虚拟机。用于解析DEX文件、ODEX文件和OAT文件。ART即Android Runtime，Android运行时，由于Android系统运行在不同的设备上，底层硬件不同，Linux系统屏蔽了一些这些系统的细节，但是直接在Linux上开发应用太难，实现成本太高，为了屏蔽Linux的细节，Google创建出了Dalvik和ART，对Linux进行了再一次封装，这样，
使用Google提供的集成开发环境SDK，就可以轻松开发应用了，Dalvik与ART的关系是ART用来替换Dalvik，现在市场上ART的占用率已经超过了70%。ART是Android应用的运行模式，在这种模式下，Android应用在安装后，会进行一次预编译，将应用安装包中的字节码转换成机器语言存储在本地（系统只能运行二进制程序），这样，应用在运行时，可以直接执行这些二进制程序。相比较于Dalvik来说，Dalvik的做法是在应用安装后，直接将字节码存储起来，在每次运行时，需要将代码编译成机器语言，这样在运行程序时，就比ART慢了一些。ART这样做导致了安装后应用所占的空间更大，安装时间更长，但是对于经常使用的应用，这样做是值得的。

5.APK是如何安装的？

　　程序的源代码，首先经过SDK编译成DEX文件，DEX文件和一些资源文件（图片、视频等）、Native Code(C语言等编译出的.so文件)会直接打包进APK。安装APK的过程，其实是安装包解压的过程。资源文件、二进制库等解压后直接存储在本地，DEX文件不仅仅解压，会根据系统的运行环境，采用不同的处理方式，被处理成不同格式的文件存储在本地，等待程序启动调用，这样就完成了应用的安装过程。

总结：APK是Android安装包，Dalvik和ART都是Android运行环境，ART是在高版本手机上替换Dalvik的。dex文件是源代码编译后打包生成的文件，是APK的一个组成部分，安装时Dalvik将dex文件中可执行文件class.dex解压存储在本地的文件就是ODEX文件。ART运行生成的文件是OAT。

Dalvik与ART比较：
（1）Dalvik和ART是Android平台实现的JAVA虚拟机。用于解析DEX文件、ODEX文件和OAT文件。
（2）ART解析模式是Android应用在安装后，会进行一次预编译，将应用安装包中的字节码转换成机器语言存储在本地。
（3）Dalvik解析模式是在应用安装后，直接将字节码存储起来，每次运行时，需要将代码编译成机器语言。
（4）运行程序时，Dalvik比ART慢，ART安装后应用所占的空间更大，安装时间长。

ODEX文件与OAT文件比较：
（1）Dalvik将APK中的内容转化成ODEX，ART将其转化成OAT。
（2）ODEX需要通过JIT进行优化，提高运行效率。
（3）OAT包含DEX文件和编译出的本地机器指令文件，比ODEX文件占用空间大，不需要经过处理就可以直接运行，运行速度快。

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