Android包管理機制（五）APK是如何被解析的

劉望舒發表於2018-10-18

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原文連結：APK是如何被解析的？

前言

在本系列的前面文章中，我介紹了PackageInstaller的初始化和安裝APK過程、PMS處理APK的安裝和PMS的建立過程，這些文章中經常會涉及到一個類，那就是PackageParser，它用來在APK的安裝過程中解析APK，那麼APK是如何被解析的呢？這篇文章會給你答案。

1.引入PackageParser

Android世界中有很多包，比如應用程式的APK，Android執行環境的JAR包（比如framework.jar）和組成Android系統的各種動態庫so等等，由於包的種類和數量繁多，就需要進行包管理，但是包管理需要在記憶體中進行，而這些包都是以靜態檔案的形式存在的，就需要一個工具類將這些包轉換為記憶體中的資料結構，這個工具就是包解析器PackageParser。

在Android包管理機制（三）PMS處理APK的安裝這篇文章中，我們知道安裝APK時需要呼叫PMS的installPackageLI方法： frameworks/base/services/core/java/com/android/server/pm/PackageManagerService.java

private void installPackageLI(InstallArgs args, PackageInstalledInfo res) {
    ...
    PackageParser pp = new PackageParser();//1
    pp.setSeparateProcesses(mSeparateProcesses);
    pp.setDisplayMetrics(mMetrics);
    pp.setCallback(mPackageParserCallback);
    Trace.traceBegin(TRACE_TAG_PACKAGE_MANAGER, "parsePackage");
    final PackageParser.Package pkg;
    try {
        pkg = pp.parsePackage(tmpPackageFile, parseFlags);//2
    }
    ...
 }   
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可以看到安裝APK時，需要先在註釋1處建立PackageParser，然後在註釋2處呼叫PackageParser的parsePackage方法來解析APK。

2.PackageParser解析APK

Android5.0引入了Split APK機制，這是為了解決65536上限以及APK安裝包越來越大等問題。Split APK機制可以將一個APK，拆分成多個獨立APK。在引入了Split APK機制後，APK有兩種分類：

Single APK：安裝檔案為一個完整的APK，即base APK。Android稱其為Monolithic。
Mutiple APK：安裝檔案在一個檔案目錄中，其內部有多個被拆分的APK，這些APK由一個 base APK和一個或多個split APK組成。Android稱其為Cluster。

瞭解了APK，我們接著學習PackageParser解析APK，檢視PackageParser的parsePackage方法： frameworks/base/core/java/android/content/pm/PackageParser.java

 public Package parsePackage(File packageFile, int flags, boolean useCaches)
            throws PackageParserException {
        Package parsed = useCaches ? getCachedResult(packageFile, flags) : null;
        if (parsed != null) {
            return parsed;
        }
        if (packageFile.isDirectory()) {//1
            parsed = parseClusterPackage(packageFile, flags);
        } else {
            parsed = parseMonolithicPackage(packageFile, flags);
        }
        cacheResult(packageFile, flags, parsed);

        return parsed;
    }
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註釋1處，如果要解析的packageFile是一個目錄，說明是Mutiple APK，就需要呼叫parseClusterPackage方法來解析，如果是Single APK則呼叫parseMonolithicPackage方法來解析。這裡以複雜的parseClusterPackage方法為例，瞭解了這個方法，parseMonolithicPackage方法自然也看的懂。

frameworks/base/core/java/android/content/pm/PackageParser.java

 private Package parseClusterPackage(File packageDir, int flags) throws PackageParserException {
	        final PackageLite lite = parseClusterPackageLite(packageDir, 0);//1
        if (mOnlyCoreApps && !lite.coreApp) {//2
            throw new PackageParserException(INSTALL_PARSE_FAILED_MANIFEST_MALFORMED,
                    "Not a coreApp: " + packageDir);
        }
        ...
        try {
            final AssetManager assets = assetLoader.getBaseAssetManager();
            final File baseApk = new File(lite.baseCodePath);
            final Package pkg = parseBaseApk(baseApk, assets, flags);//3
            if (pkg == null) {
                throw new PackageParserException(INSTALL_PARSE_FAILED_NOT_APK,
                        "Failed to parse base APK: " + baseApk);
            }
            if (!ArrayUtils.isEmpty(lite.splitNames)) {
                final int num = lite.splitNames.length;//4
                pkg.splitNames = lite.splitNames;
                pkg.splitCodePaths = lite.splitCodePaths;
                pkg.splitRevisionCodes = lite.splitRevisionCodes;
                pkg.splitFlags = new int[num];
                pkg.splitPrivateFlags = new int[num];
                pkg.applicationInfo.splitNames = pkg.splitNames;
                pkg.applicationInfo.splitDependencies = splitDependencies;
                for (int i = 0; i < num; i++) {
                    final AssetManager splitAssets = assetLoader.getSplitAssetManager(i);
                    parseSplitApk(pkg, i, splitAssets, flags);//5
                }
            }
            pkg.setCodePath(packageDir.getAbsolutePath());
            pkg.setUse32bitAbi(lite.use32bitAbi);
            return pkg;
        } finally {
            IoUtils.closeQuietly(assetLoader);
        }
    }
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註釋1處呼叫parseClusterPackageLite方法用於輕量級解析目錄檔案，之所以要輕量級解析是因為解析APK是一個複雜耗時的操作，這裡的邏輯並不需要APK所有的資訊。parseClusterPackageLite方法內部會通過parseApkLite方法解析每個Mutiple APK，得到每個Mutiple APK對應的ApkLite（輕量級APK資訊），然後再將這些ApkLite封裝為一個PackageLite（輕量級包資訊）並返回。註釋2處，mOnlyCoreApps用來指示PackageParser是否只解析“核心”應用，“核心”應用指的是AndroidManifest中屬性coreApp值為true，只解析“核心”應用是為了建立一個極簡的啟動環境。mOnlyCoreApps在建立PMS時就一路傳遞過來，如果我們加密了裝置，mOnlyCoreApps值就為true，具體的見Android包管理機制（四）PMS的建立過程這篇文章的第1小節。另外可以通過PackageParser的setOnlyCoreApps方法來設定mOnlyCoreApps的值。 lite.coreApp表示當前包是否包含“核心”應用，如果不滿足註釋2的條件就會丟擲異常。註釋3處的parseBaseApk方法用於解析base APK，註釋4處獲取split APK的數量，根據這個數量在註釋5處遍歷呼叫parseSplitApk來解析每個split APK。這裡主要檢視parseBaseApk方法，如下所示。 frameworks/base/core/java/android/content/pm/PackageParser.java

 private Package parseBaseApk(File apkFile, AssetManager assets, int flags)
            throws PackageParserException {
        final String apkPath = apkFile.getAbsolutePath();
        String volumeUuid = null;
        if (apkPath.startsWith(MNT_EXPAND)) {
            final int end = apkPath.indexOf('/', MNT_EXPAND.length());
            volumeUuid = apkPath.substring(MNT_EXPAND.length(), end);//1
        }
        ...
        Resources res = null;
        XmlResourceParser parser = null;
        try {
            res = new Resources(assets, mMetrics, null);
            parser = assets.openXmlResourceParser(cookie, ANDROID_MANIFEST_FILENAME);
            final String[] outError = new String[1];
            final Package pkg = parseBaseApk(apkPath, res, parser, flags, outError);//2
            if (pkg == null) {
                throw new PackageParserException(mParseError,
                        apkPath + " (at " + parser.getPositionDescription() + "): " + outError[0]);
            }
            pkg.setVolumeUuid(volumeUuid);//3
            pkg.setApplicationVolumeUuid(volumeUuid);//4
            pkg.setBaseCodePath(apkPath);
            pkg.setSignatures(null);
            return pkg;
        } catch (PackageParserException e) {
            throw e;
        }
        ...
    }
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註釋1處，如果APK的路徑以/mnt/expand/開頭，就擷取該路徑獲取volumeUuid，註釋3處用於以後標識這個解析後的Package，註釋4處的用於標識該App所在的儲存卷UUID。註釋2處又呼叫了parseBaseApk的過載方法，可以看出當前的parseBaseApk方法主要是為了獲取和設定volumeUuid。parseBaseApk的過載方法如下所示。 frameworks/base/core/java/android/content/pm/PackageParser.java

 private Package parseBaseApk(String apkPath, Resources res, XmlResourceParser parser, int flags,
            String[] outError) throws XmlPullParserException, IOException {
        ...
        final Package pkg = new Package(pkgName);//1
        //從資源中提取自定義屬性集com.android.internal.R.styleable.AndroidManifest得到TypedArray 
        TypedArray sa = res.obtainAttributes(parser,
                com.android.internal.R.styleable.AndroidManifest);//2
        //使用typedarray獲取AndroidManifest中的versionCode賦值給Package的對應屬性        
        pkg.mVersionCode = pkg.applicationInfo.versionCode = sa.getInteger(
                com.android.internal.R.styleable.AndroidManifest_versionCode, 0);
        pkg.baseRevisionCode = sa.getInteger(
                com.android.internal.R.styleable.AndroidManifest_revisionCode, 0);
        pkg.mVersionName = sa.getNonConfigurationString(
                com.android.internal.R.styleable.AndroidManifest_versionName, 0);
        if (pkg.mVersionName != null) {
            pkg.mVersionName = pkg.mVersionName.intern();
        }
        pkg.coreApp = parser.getAttributeBooleanValue(null, "coreApp", false);//3
        //獲取資源後要回收
        sa.recycle();
        return parseBaseApkCommon(pkg, null, res, parser, flags, outError);
    }
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註釋1處建立了Package物件，註釋2處從資源中提取自定義屬性集 com.android.internal.R.styleable.AndroidManifest得到TypedArray ，這個屬性集所在的原始碼位置為frameworks/base/core/res/res/values/attrs_manifest.xml。接著用TypedArray讀取APK的AndroidManifest中的versionCode、revisionCode和versionName的值賦值給Package的對應的屬性。註釋3處讀取APK的AndroidManifest中的coreApp的值。最後會呼叫parseBaseApkCommon方法，這個方法非常長，主要用來解析APK的AndroidManifest中的各個標籤，比如application、permission、uses-sdk、feature-group等等，其中四大元件的標籤在application標籤下，解析application標籤的方法為parseBaseApplication。 frameworks/base/core/java/android/content/pm/PackageParser.java

  private boolean parseBaseApplication(Package owner, Resources res,
            XmlResourceParser parser, int flags, String[] outError)
        throws XmlPullParserException, IOException {
        ...
        while ((type = parser.next()) != XmlPullParser.END_DOCUMENT
                && (type != XmlPullParser.END_TAG || parser.getDepth() > innerDepth)) {
            if (type == XmlPullParser.END_TAG || type == XmlPullParser.TEXT) {
                continue;
            }
            String tagName = parser.getName();
            if (tagName.equals("activity")) {//1
                Activity a = parseActivity(owner, res, parser, flags, outError, false,
                        owner.baseHardwareAccelerated);//2
                if (a == null) {
                    mParseError = PackageManager.INSTALL_PARSE_FAILED_MANIFEST_MALFORMED;
                    return false;
                }
                owner.activities.add(a);//3
            } else if (tagName.equals("receiver")) {
                Activity a = parseActivity(owner, res, parser, flags, outError, true, false);
                if (a == null) {
                    mParseError = PackageManager.INSTALL_PARSE_FAILED_MANIFEST_MALFORMED;
                    return false;
                }
                owner.receivers.add(a);
            } else if (tagName.equals("service")) {
                Service s = parseService(owner, res, parser, flags, outError);
                if (s == null) {
                    mParseError = PackageManager.INSTALL_PARSE_FAILED_MANIFEST_MALFORMED;
                    return false;
                }
                owner.services.add(s);
            } else if (tagName.equals("provider")) {
                Provider p = parseProvider(owner, res, parser, flags, outError);
                if (p == null) {
                    mParseError = PackageManager.INSTALL_PARSE_FAILED_MANIFEST_MALFORMED;
                    return false;
                }
                owner.providers.add(p);
             ...
            } 
        }
     ...
}
複製程式碼

parseBaseApplication方法有近500行程式碼，這裡只擷取了解析四大元件相關的程式碼。註釋1處如果標籤名為activity，就呼叫註釋2處的parseActivity方法解析activity標籤並得到一個Activity物件（PackageParser的靜態內部類），這個方法有300多行程式碼，解析一個activity標籤就如此繁瑣，activity標籤只是Application中眾多標籤的一個，而Application只是AndroidManifest眾多標籤的一個，這讓我們更加理解了為什麼此前解析APK時要使用輕量級解析了。註釋3處將解析得到的Activity物件儲存在Package的列表activities中。其他的四大元件也是類似的邏輯。 PackageParser解析APK的程式碼邏輯非常龐大，基本瞭解本文所講的就足夠了，如果有興趣可以自行看原始碼。 parseBaseApk方法主要的解析結構可以理解為以下簡圖。

3.Package的資料結構

包被解析後，最終在記憶體是Package，Package是PackageParser的內部類，它的部分成員變數如下所示。 frameworks/base/core/java/android/content/pm/PackageParser.java

public final static class Package implements Parcelable {
    public String packageName;
    public String manifestPackageName;
    public String[] splitNames;
    public String volumeUuid;
    public String codePath;
    public String baseCodePath;
    ...
    public ApplicationInfo applicationInfo = new ApplicationInfo();
    public final ArrayList<Permission> permissions = new ArrayList<Permission>(0);
    public final ArrayList<PermissionGroup> permissionGroups = new ArrayList<PermissionGroup>(0);
    public final ArrayList<Activity> activities = new ArrayList<Activity>(0);//1
    public final ArrayList<Activity> receivers = new ArrayList<Activity>(0);
    public final ArrayList<Provider> providers = new ArrayList<Provider>(0);
    public final ArrayList<Service> services = new ArrayList<Service>(0);
    public final ArrayList<Instrumentation> instrumentation = new ArrayList<Instrumentation>(0);
...
}
複製程式碼

註釋1處，activities列表中儲存了型別為Activity的物件，需要注意的是這個Acticity並不是我們常用的那個Activity，而是PackageParser的靜態內部類，Package中的其他列表也都是如此。Package的資料結構簡圖如下所示。

從這個簡圖中可以發現Package的資料結構是如何設計的：

Package中存有許多元件，比如Acticity、Provider、Permission等等，它們都繼承基類Component。
每個元件都包含一個info資料，比如Activity類中包含了成員變數ActivityInfo，這個ActivityInfo才是真正的Activity資料。
四大元件的標籤內可能包含<intent-filter>來過濾Intent資訊，因此需要IntentInfo來儲存元件的intent資訊，元件基類Component依賴於IntentInfo，IntentInfo有三個子類ActivityIntentInfo、ServiceIntentInfo和ProviderIntentInfo，不同元件依賴的IntentInfo會有所不同，比如Activity繼承自Component<ActivityIntentInfo> ，Permission繼承自Component<IntentInfo> 。

最終的解析的資料會封裝到Package中，除此之外在解析過程中還有兩個輕量級資料結構ApkLite和PackageLite，因為這兩個資料和Package沒有太大的關聯就沒有在上圖中表示。

感謝
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前言

1.引入PackageParser

2.PackageParser解析APK

3.Package的資料結構

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