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Android包体积优化方案-动态资源管理系统

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动态资源管理系统是货拉拉目前使用的用于管理离线so、动画资源、字体文件的组件，对于减小包体积起着重要作用。具体使用方法参考开源代码中介绍。

https://github.com/HuolalaTech/hll-dynamic-res-plugin

前言

行业方案

功能和方案

实现功能

几个概念

资源应用

资源打包

我们使用dynamic_plugin gradle插件来完成所有资源的打包。

字体资源打包

帧动画资源打包

so资源打包

自定义资源打包

运行产物

整体架构

由于整个系统功能较复杂，我们将其分为3个module。

-

dynamic_res_core模块架构

该库包括了动态资源加载和应用全过程，我们分为5层实现

dynamic_res_plugin插件架构

通用资源加载，内置资源应用流程

通用资源加载主流程

加载普通资源的主流程如下，首先判断资源包指定版本号和本地数据库版本号是否相同，如果想同，进入本地资源校验流程，否则进入下载流程。

下载校验解压流程

本地资源校验流程

单个文件校验流程

资源实体类中指定的文件名称，文件长度，文件md5码和本地文件相同时，我们认为该文件校验成功了

加载恢复流程

动态资源加载过程中，可能因为各种原因，导致加载未能得到成功或者失败的结果，而在中间状态被中断，如应用进程被杀死，手机关机等等。为了避免加载意外中断的情况下，完全从头开始进行加载，我们设计了一个动态资源加载的恢复流程，如果异常中断，我们下次加载资源时，可以恢复到当前状态，继续进行加载。

内置资源应用流程

前面我们总结了动态资源的加载流程，资源加载完成后，我们还需要将该资源进行应用，而这里我们要说的就是将动态资源应用到对应View上的流程。

dynamic_res_core模块类设计

可与第4章，整体架构分层图对照着看

DynamicResManager类负责和外部交互，提供了初始化(init),加载资源(load),isResReady(判断资源是否就绪),clearFailState(清除错误状态等方法)等方法。

Config类，则可以向管理器提供线程池，下载器接口，本地资源信息接口，本地资源状态接口等配置信息。

AbsResInfo抽象类,代表动态资源。

DynamicPkgInfo类,AbsResInfo的子类，提供给外部使用，代表了一个动态资源实体。

DynamicPkgInfo.FileInfo，AbsResInfo的子类，资源实体内部类，代表了资源中的一个子文件。

DynamicPkgInfo.FolderInfo，AbsResInfo的子类，资源实体内部类，代表了资源中的一个子文件夹。

ILoadResListener接口，提供了加载资源时的回调功能，会回调加载成功，失败，状态变化，下载中进度

AbsResApply抽象类，实现了动态资源在ui元素上的应用。

TypefaceResApply类，AbsResApply的子类，代表了字体资源的应用。

FrameAnimApply类，AbsResApply的子类，代表了帧动画资源的应用。

AbsSoLoad抽象类，实现了so动态资源的应用。

RelinkerSoLoad类，AbsSoLoad的子类，使用Relinker第三方库最终load so库。

SystemSoLoad类，AbsSoLoad的子类，使用系统System.loadLibrary方法最终load so库

我们使用状态模式来控制整个动态资源的加载流程。

IState，状态接口，代表了加载流程中的一个状态。

InitState类，初始化状态。

CheckVersionState类，检查资源实体类版本号与数据库版本号是否相同状态。

DownloadState类，下载资源状态。

VerrifyFileState，校验下载资源状态。

UnZipState，解压缩下载资源状态。

VerifyZipState，校验解压后的所有文件状态。

IStateMechine，状态管理机接口，负责管理前面所有的IState对象。

DefaultStateMachine类，状态管理机的默认实现。

ResCtx类，状态管理机运行过程中的全局context对象，存储了路径信息，加载成功信息，加载失败异常等全局信息。

这2层的类，较为杂乱，限于篇幅，我们就不一一列举了。

so资源动态化方案

so资源打包问题

在打包so资源的过程中，我们遇到了如下问题。

so资源打包解决方案

移除并收集apk中的so文件

看到移除 so文件可能有些同学会问，这不是只要在as中删除libs目录就搞定了么？这样会有几个问题

出于以上考虑，我们认为，在编译时期，自动删除并收集so文件是最优解，那么在编译时期进行以上操作呢？我们注意到as在进行build时，会有大量的系统提供的task在运行，那么这些系统task是否就完成了编译并收集各个地方的so文件，并把他们打包进apk的任务呢？

看一眼这幅超级复杂的apk构建流程图，嗯，可以看到，系统确实会在apkBuilder构建前，将本地的c/c++文件编译成so库，并将第三方的so库一起打包到apk中，我们需要寻找的就是收集所有so库的系统Task

通过查找资料，我们发现,确实有2个系统task会用来处理合并so库并且删除debug符号（注意，task名称可能与此处不完全相同）。

Task名称实现类作用结果保存目录mergeDebugNativeLibsMergeNativeLibsTask合并所有依赖的 native 库intermediates/merged_native_libsstripDebugDebugSymbolsStripDebugSymbolsTask从 Native 库中移除 Debug 符号intermediates/stripped_native_libs- 一般来说，应该在stripSymbols结束后去剔除 stripped_native_libs 目录下的文件。

由于我们有多个gradle task需要执行，因此我们创建了一个名为dynamic_res_plugin的android plugin工程，内部包含了多个gradle task。关于as中新建插件的方法，请自行搜索其他博客，本文因为篇幅问题，不进行讲解。

在我们的dynamic_res_plugin插件内部，我们新建一个名为DeleteAndCopySo的gradle task并将它插入到系统的merge和strip之间，利用该Task完成删除merged_native_libs目录下对应so文件，并将其拷贝到我们指定的新目录下。这样apk打包时，就不会包含动态化的so文件了

//获取系统的mergeTask

Task mergeNativeTask = TaskUtil.getMergeNativeTask(project);

//获取系统的skipTask

Task stripTask = TaskUtil.getStripSymbol(project);

//创建我们的DeleteAndCopySo task

Task deleteTask = project.getTasks().create(PluginConst.Task.DELETE_SO);

deleteTask.doLast(new Action<Task>() {

    @Override

    public void execute(Task task) {

        deleteAndCopySo(project, param);

    }

});

//将我们的Task插入到merge和strip之间

stripTask.dependsOn(deleteTask);

deleteTask.dependsOn(mergeNativeTask);

上一步中，我们已经将so文件从系统apk构建流程中删除，并且拷贝到了指定目录下。那么现在我们应该做什么呢？

对于上述这些步骤，在我们的货拉拉动态管理系统初始版本中，我们采用了自己打zip包，自己写java代码来生成资源信息的方式。

但是在后来的使用过程中，我们发现，手动进行这些步骤，很繁琐且容易出错，我们需要有一种自动化的方式进行上述过程。

我们在dynamic_res_plugin插件内部,再新增一个ZipSoTask来进行压缩so文件夹，以及生成资源信息常量的操作。该task在DeleteAndCopySo之后，stripe系统task之前执行。

//执行将so文件夹压缩成.zip操作

List<DynamicUtil.ZipInfo> zips = DynamicUtil.zipFolder(new File(param.getmInputSo()),outDir);

//根据so文件和zip压缩包信息，生成md5,length等校验信息并存储

DynamicUtil.createPkgDatas(mPkgList,zips,PluginConst.Type.SO);

//根据资源信息类生产java文件

param.getmFileCreate().createFile(mPkgList,param);
//创建DynamicResConst类，用来存储资源实体常量

TypeSpec.Builder typeBuilder = TypeSpec.classBuilder( "DynamicResConst" )

        .addModifiers(Modifier.PUBLIC, Modifier.FINAL);

//遍历资源列表，生成对应实体类DynamicPkgInfo        

for (DynamicPkgInfo pkg : pkgs) {

    FieldSpec fsc = createField(pkg);

    typeBuilder.addField(fsc);

}

//插件java文件，并写入

JavaFile javaFile = JavaFile.builder(param.getmCreateJavaPkgName(), typeBuilder.build()).build();

try {

    javaFile.writeTo(new File(param.getmOutputPath()));

} catch (Exception e) {

}

至于最后一步，将so压缩包上传到服务器，我们在配置文件中提供了一个上传方法，不过默认实现为空，用户可以手动上传也可以修改默认方法实现自动上传。自动生成的资源文件中，版本号需要手动修改控制，下载地址手动上传的话，也需要手动修改。

很多三方sdk都要求在应用启动时，进行初始化，一个使用so库的类的典型类代码如下：

public class ThirdLib{

//静态方法加载so库

static{

    System.loadLibrary("third");

}

//native方法示例

public native void testNative();

//java方法示例

public void test();

//......其他内容省略

}

具体执行替换的代码如下，在Asm框架中的MethodVisitor类中，重写visitMethodInsn方法，判断该方法的拥有者，名称和参数列表和System.loadLibrary对应，则我们将他替换为我们的SoLoadUtil.loadLibrary方法

@Override

public void visitMethodInsn(int opcode, String owner, String name, String descriptor, boolean isInterface) {

    if(TextUtil.equals(owner, PluginConst.SYSTEM_CLASS) &&

            TextUtil.equals(name, PluginConst.LOAD_LIBRARY_METHOD) &&

            TextUtil.equals(descriptor, PluginConst.LOAD_LIBRARY_DESC)){

        owner = "com/xxx/xxx/dynamicres/util/SoLoadUtil" ;

        mv.visitMethodInsn(Opcodes.INVOKESTATIC, owner, name, descriptor, false);

        return;

    }

    mv.visitMethodInsn(opcode, owner, name, descriptor, isInterface);

}

替换后的方法主要逻辑为，使用第三方库Relinker替代System.loadLibrary方法进行so文件加载，并且catch住加载异常,来防止应用直接奔溃，并且在加载so库异常时，将该库的名称保存下来，在我们的so包被正常下发加载后，再次调用本方法，将so库load到系统中。


protected void realSoLoad(Context c, String libName) {

 try {

 ReLinker. recursively ().loadLibrary(c, libName);

 removeFormWaitList(libName);

 } catch (Throwable t) {

 addToWaitList(libName);

 }

 }

我们只需要在工程的主Application中，直接调用loadSo方法，对so动态资源进行加载。加载完成后，so库就能正常使用了。

public void loadSo(DynamicSoInfo soInfo, ILoadSoListener listener) {

    if (soInfo == null) {

        return;

    }

    //根据本机abi，获取适合的动态资源实体类DynamicPkgInfo

    DynamicPkgInfo pkg = soInfo.getPkgInfo(Build.SUPPORTED_ABIS);

    if (pkg == null) {

        return;

    }

    //如果该so资源，已经被加载缓存过了，直接listener的成功回调，并返回

    if (isLoadAndDispatchSo(pkg, listener)) {

        return;

    }

    //开启资源加载，和普通资源流程一致

    DynamicResManager manager = DynamicResManager.getInstance();

    manager.load(pkg, new DefaultLoadResListener() {

        @Override

        public void onSucceed(LoadResInfo info) {

            super.onSucceed(info);

            //so成功下载校验后，执行加载逻辑

            handleLoadSoSucceed(pkg, info, listener);

        }

    });

}

so资源加载和应用问题

在so资源的加载和应用过程中，我们发现了如下问题

我们把arm64-v8a,armeabi-v7a等abi分开打包，上传到服务器。使用时，本地判断abi支持，下载对应的abi包。这样做的优点是节省流量和下载后占据的空间。

至于判断系统需要哪些abi的so包，并按需正确应用，则比较简单，读取系统的SUPPORTED_ABIS常量，这里包含了系统支持的abi列表，而排在前面的表示优先级更高。我们只要遍历它，然后查找我们的动态资源包是否有匹配，就达到了正确加载的目标。

private Map<String,DynamicPkgInfo> mSoInfos;

public DynamicPkgInfo getPkgInfo(){

    //获取本地系统支持的abi列表

    String[] supportAbis = Build.SUPPORTED_ABIS;

    if(supportAbis==null || supportAbis.length== 0 ){

        return null;

    }

    //遍历abi支持列表

    for(String abi : supportAbis){

        //从so动态资源中，查找对应的abi信息

        DynamicPkgInfo pkg = mSoInfos.get(abi);

        //找到则直接返回该信息

        if(pkg != null){

            return pkg;

        }

    }

    return null;

}

复用通过资源加载流程即可。

这里需要首先了解一下，系统加载so库的工作流程，当我们调用 System#loadLibrary("xxx" ) 后，Android Framework 都干了些了啥？Android 的 so 加载机制，大致可以分为以下四个环节。

而我们这里，由于so文件不存在于apk当中，而是需要动态下载，所以我们显然不能直接使用系统的System.loadLibrary方法加载so文件。

而动态加载so的方法，在热修复和插件化框架中，已经比较成熟了，我们参考了市面上的开源框架后，选择了腾讯的Tinker框架的加载方案，即使用反射classloader 将 so 包的路径写入 nativeLibraryPathElements 数组最前面，其流程图和解释如下图所示 。注意，此方法不同的android版本将有不同的实现。下面示例代码基于android9.0版本。

private static void install(ClassLoader classLoader, File soFolder) throws Throwable {

 Field pathListField = findField(classLoader, "pathList" );

            Object dexPathList = pathListField.get(classLoader);

            Field nativeLibraryDirectories = findField(dexPathList, "nativeLibraryDirectories" );

            List<File> libDirs = (List<File>) nativeLibraryDirectories.get(dexPathList);

            libDirs.add(0, soFolder);

            Field systemNativeLibraryDirectories =

                    findField(dexPathList, "systemNativeLibraryDirectories" );

            List<File> systemLibDirs = (List<File>) systemNativeLibraryDirectories.get(dexPathList);

            Method makePathElements =

                    findMethod(dexPathList, "makePathElements" , List.class);

            libDirs.addAll(systemLibDirs);

            Object[] elements = (Object[]) makePathElements.

                    invoke(dexPathList, libDirs);

            Field nativeLibraryPathElements = findField(dexPathList, "nativeLibraryPathElements" );

            nativeLibraryPathElements.setAccessible(true);

            nativeLibraryPathElements.set(dexPathList, elements);

        }

当外界调用System.loadLibrary方法时，系统最终会调用到DexPathList类的findLibrary方法，该方法会在nativeLibraryPathElements数组中查找对应的路径，我们将自己的so加入到nativeLibraryPathElements最前面，由此达到动态加入so的目标。

so资源动态化的tips

为何要使用Relinker加载So文件

解决该问题有如下几种思路：

so库依赖分析工具

想要把 so 动态化技术应用到 APK 的瘦身项目中来，除了分析哪些 so 文件体积占比比较大之外，最好的做法是将其依赖的所有 so 文件一定挪到插件包里。怎么了解 APK 里所有 so 文件具体的依赖信息呢？这里推荐一款 Google 开源的 APK 解析工具android-classyshark，除了提供分析 APK dex/so 依赖信息之外，它还提供了 GUI 可视化界面，非常适合快速上手。

so动态化流程

SoLoadUtil.loadLibrary方法流程

从上一章我们知道，我们会使用transform api加asm框架，将系统的System.loadLibrary方法替换成我们的SoloadUtil.loadLibrary方法。我们替换系统方法的目的。一个是为了保证so库不存在时，程序不崩溃，另外一个就是so库下载校验完成后，能自动完成之前失败的加载，为此，我们设计了如下流程。

dynamic_res_plugin插件流程

前面我们已经分析了通用资源加载，内置资源应用，完成了动态资源管理系统的主要部分。只剩下资源打包部分了，而所有资源的打包操作，都由dyanmic_res_plugin插件来完成。为了完成打包功能，我们决定在这个dynamic_res_plugin插件内部，新建3个Task。

所以主流程也就出来了

该task流程，主要就是通过tranform api和asm框架的使用，我们在其中加入了扫描class范围的可配置项。

dynamic_res_plugin插件类设计

可以与第4章，整体架构图结合起来看。

DynamicPlugin类，实现了系统gradle插件的plugin接口，为我们整个插件的入口，主要解析配置文件，并按照配置文件创建task信息。

DynamicParam类，提供了存储并解析dyanmic_plugin配置文件的方法。

ITask接口，代表了一个我们定义的任务。

DeleteAndCopySoTask，删除并拷贝so文件任务。

TransfomrTask，替换系统System.loadLibrary方法任务。

ZipResTask，压缩so和其他文件，并生成对应的java资源实体类方法。

SystemLoadClassVisitor类，Asm框架的class访问类。

SystemLoadMethodVisitor类，Asm框架的method访问类，用于替换System.loadLibrary方法。

JavaFileCreate类，使用javapoet框架产生java文件。

其他辅助类，在此省略

dynamic_config.gradle配置文件

该配置文件主要包含了配置dynamic_plugin插件运行步骤，插件输入输出路径，so文件扫描路径等信息。

dynamic_config = [

        //是否执行替换System.loadlibrary操作

  is_replace_load_library: false,

        //是否执行替换System.load操作

  is_replace_load : false,

        //是否执行删除so文件操作

  is_delete_so : false,

        //是否执行将so文件拷贝到其他目录操作

  is_copy_so : false,

        //是否执行将动态资源打包，并生成java文件操作

  is_zip_res : false,

        //是否执行将so文件打包，并生成java文件操作

  is_zip_so : false,

        //是否自动上传所有资源，上传方法为dynamic_upload

  is_upload_res : false,

        //插件是否工作在Release模式下

  is_release_type : isReleaseBuildType(),

        //是否打印debug日志

  is_debug_log : true,

        //自动创建java文件时的包名

  create_java_pkg_name : 'com.test' ,

]

 /**

 * 配置要删除和拷贝的so文件

 * map的key为压缩包名称，值为压缩包包含的so文件列表

 * key为debug_all_test时，会压缩所有so包

 */

dynamic_scan_so_map = [

        guang_dong : [ 'libpajf.so' , 'libpajf_av.so' , 'libsqlite.so' ],

]

dynamic_so_config = [

        //so文件忽略列表，该表中的文件，不会被扫描。不在该列表中的文件都会被扫描

 // (dynamic_scan_so_map为空时，本列表才生效)

  ignore_so_files: [],

        //so文件扫描abi目录，不在该目录下的so将不被扫描

  scan_so_abis : [ "arm64-v8a" , "armeabi-v7a" ],

        //拷贝出来的so文件夹前缀,ignore_so_files生效时使用

  so_input_prefix: 'test' ,

]

dynamic_lib_list = [

        //只有该列表中的包名，才会执行替换System.loadlibrary操作

 //输入debug_all_test，则会替换所有System.loadLibrary方法，用于测试

  scan_load_library_pkgs : [],

        //在该列表中的包名或者类名，不会执行替换System.loadlibrary操作,和上面的配置可以同时生效

  ignore_load_library_pkgs: [],

]

 //该配置不要改动内容，需要改变路径的，直接改变对应的方法内容即可

dynamic_dir = [

        //产生文件的输出目录

  output : createOrGetOutputPath(),

        //字体资源输入目录

  typeface_input : createOrGetInputTypafacePath(),

        //帧动画资源输入目录

  frame_anim_input: createOrGetInputFrameAnimPath(),

        //so文件资源输入目录

  so_input : createOrGetInputSoPath(),

        //zip包输入目录

  zip_input : createOrGetInputZipPath()

]

 //该配置项，配置了android 2个gradle task的名称

 //主工程的mergeNativeLibs合并所有依赖的 native 库

 //主工程的stripDebugSymbols从 Native 库中移除 Debug 符号。

dynamic_task = [

        //自定义的task运行哪里

 //true为mergeNativeLibs之后，stripDebugSymbols之前

 //false为stripDebugSymbols之后,package之前

  isTaskRunAfterMerge : true,

        //debug状态下,mergeNativeLibs的task名称

  debugMergeNativeLibs : "mergeDebugNativeLibs" ,

        //release状态下,mergeNativeLibs的task名称

  releaseMergeNativeLibs : "mergeReleaseNativeLibs" ,

        //debug状态下,stripDebugSymbols的task名称

  debugStripDebugSymbols : "stripDebugDebugSymbols" ,

        //release状态下,stripDebugSymbols的task名称

  releaseStripDebugSymbols: "stripReleaseDebugSymbols" ,

        //debug状态下，系统打包task名称

  debugPackage : "packageDebug" ,

        //release状态下，系统打包task名称

  releasePackage : "packageRelease" ,

        //debug状态下,mergeNativeLibs的输出目录

  debugNativeOutputPath : " $ { projectDir }/app/build/intermediates/merged_native_libs/debug/out/lib" ,

        //release状态下,mergeNativeLibs的输出目录

  releaseNativeOutputPath : " $ { projectDir }/app/build/intermediates/merged_native_libs/release/out/lib" ,

        //debug状态下，,stripDebugSymbols的输出目录

  debugStripOutputPath : " $ { projectDir }/app/build/intermediates/stripped_native_libs/debug/out/lib" ,

        //release状态下，,stripDebugSymbols的输出目录

  releaseStripOutputPath : " $ { projectDir }/app/build/intermediates/stripped_native_libs/release/out/lib" ,

]

 //该闭包可以自动将文件上传到服务器，参数列表为资源id，资源文件路径

 //我们可以再次执行上传服务器操作，并返回对应的url。

 //当然也可以不实现上传操作，并自己手动上传资源。

dynamic_upload = {

 id, path ->

 println( "dynamic_upload id $ { id } ,path $ { path }" )

        return 'http://url'

 }

优化效果

通过引入动态资源管理系统，并将一键报警sdk相关的so文件和其他普通资源动态化后，货拉拉用户端的包体积减少了8M，从54M变为了46M。后继将会继续尝试进行其他so文件的动态化。

作者：货拉拉技术
链接：https://juejin.cn/post/7238627611265613882

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