实现Android APK瘦身99.99%

摘要： 如何瘦身是 APK 的重要优化技能。APK 在装置和更新时都需求经过网络下载到设备，APK 越小，用户体会越好。本文作者经过对 APK 内涵机制的具体解析，给出了对 APK 各组成成分的优化办法及技能，并完成了一个根本 APK 的最小化进程。

正文：

高尔夫运动中，分数最小者胜出。

让咱们将这一准则运用到 Android App 开发中。咱们将玩转一个称为“ApkGolf”的 APK，意图是创立一个尽可能具有最少字节数的 App，并可装置在运转 Oreo 的设备上。

基线测定

一开始，咱们用 Android Studio 生成一个缺省的 App，创立密钥库（Keystore）

并对 App 签名，然后运用指令stat -f%z $filename测定生成 APK 文件的字节数巨细。

进一步，为确保该 APK 作业正常，咱们将在一台运转 Oreo 的 Nexus 5x 手机上装置它。

看上去挺美丽。可是现在咱们的 APK 巨细近乎 1.5Mb。

APK Analyser

考虑到咱们 App 的功用十分简略，1.5Mb 的规划看上去过于臃肿了。因而，咱们要深化了解一下该项目，看看是否有一些能立竿见影地减少文件巨细的当地。Android Studio 生成了：

• 扩展AppCompatActivity而得到的MainActivity；
• 运用根视图ConstraintLayout的布局文件；
• Value 文件，其间包含三种色彩、一个字符串资源（Resource）和一个主题（Theme）；
• AppCompat和ConstraintLayout的支撑库；
• 一个AndroidManifest.xml文件；
• PNG 格式的启动图标，分别是正方形、圆形和前台的。

看上去首战之地的方针是启动图标文件，由于 APK 中共包含了 15 个图像文件，并且在mipmap-anydpi-v26下还有两个 XML 文件。下面，让咱们运用 Android Studio 的 APK Analyser

(developer.android.com/studio/buil…)

对该 APK 文件做一个定量剖析。

给出的成果与咱们的开始假定截然不同，其间显现 Dex 文件是大头，而上述资源仅占 APK 巨细的 20%。

下面让咱们逐一剖析每个文件的行为。

Dex 文件

看上去元凶巨恶是classes.dex文件，它占据了 73% 的空间，因而它成为咱们的首要减少方针。该文件为 Dex 格式

其间包含了咱们的全部编译后代码，以及对 Android 结构和支撑库中外部办法的引证。

然而android.support软件包中引证了超越 13000 种的办法，关于一个简略的“Hello World”App 而言，彻底没有必要。

资源

目录“res”中包含了大量的布局（Layout）文件、Drawable 和动画，它们并非在 Android Studio UI 中马上可见。相同，它们也是由支撑库推入其间的，约占 APK 规划的 20%。

在resources.arsc文件中，还包含了对每个资源的引证。

签名

目录“META-INF”中包含有CERT.SF、MANIFEST.MF和CERT.RSA文件，这些文件都需求 v1 APK 签名

(source.android.com/security/ap…) 。

假如有攻击者修改了咱们 APK 中的代码，签名就会不匹配。这一机制保证了用户能避免执行第三方歹意软件的风险。

在MANIFEST.MF文件中列出了 APK 中的所有文件。其间，CERT.SF文件中包含了文件清单的摘要，以及每个文件的独立摘要。CERT.RSA文件中包含了一个公钥，用于验证CERT.SF文件的完整性。

在签名文件中，没有方针明显可优化。

AndroidManifest 文件

看上去AndroidManifest文件十分类似于咱们的原始输入文件。唯一不同在于，文件中的字符串和 Drawable 等资源被整数资源 ID 所替代，这些 ID 以0x7F开始。

启用最小化功用（Minification）

咱们没有在 App 的build.gradle文件中设置允许最小化（Minification）和资源缩短（Resource Shrinking）。咱们现在做此设置：

android {
  buildTypes {
    release {
      minifyEnabled true
      shrinkResources true
      proguardFiles getDefaultProguardFile(
       'proguard-android.txt'), 'proguard-rules.pro'
     }
   }
}

-keep class com.fractalwrench.** { *; }

将minifyEnabled特点设置为“true”值，这将启用 Proguard

(www.guardsquare.com/en/proguard) ，

该功用将从 App 中剥离出那些未运用的代码，并对符号的称号做含糊化处理，使得 App 难以被反向工程。

设置shrinkResources特点，将会在 APK 中移除任何并非直接引证的资源。这时假如咱们运用反射机制间接地拜访资源，就会导致问题，可是本文给出的 App 并不存在这样的问题。

优化为 786 Kb（减少 50%）

咱们现已完成了 APK 规划折半，并未对咱们的 APP 有任何可见的影响。

关于那些没有在 App 中启用AndroidManifest.xml和shrinkResources的开发人员，这是本文给出的最需求重视的并应学会的技巧。他们仅花费数小时做装备和测验，就能轻松地减少数兆的规划。

咱们没有了解 AppCompat 的作业机制

现在classes.dex文件已减少到占用 APK 的 57%。在咱们的 Dex 文件中，大多数办法引证属于android.support软件包，因而咱们即将去除该支撑库。具体做法为：

• 从build.gradle中彻底清除依赖块。 dependencies { implementation ‘com.android.support:appcompat-v7:26.1.0’ implementation ‘com.android.support.constraint:constraint-layout:1.0.2’ }
• 更新MainActivity，以扩展android.app.Activity。

public class MainActivity extends Activity

• 更新布局，运用单一的TextView。

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<TextView xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
  android:layout_width="match_parent"
  android:layout_height="match_parent"
  android:gravity="center"
  android:text="Hello World!" />

• 删去styles.xml文件，并从AndroidManifest文件的<application>元素中移除android:theme特点。
• 删去colors.xml文件。
• 在 gradle 同步时做 50 次上推（push-up）。

优化为 108 Kb（减少 87%）

天哪，咱们刚刚完成了近十倍的减少，即从 786Kb 减少到 108Kb。唯一可见的更改是工具条（Toolbar）的色彩，现在它运用了缺省的 OS 主题。

目录“res”现在占用 APK 规划约 95%，原因是所有的加载图标。假如这些 PNG 图片是由咱们自己的设计师所给出的，那么咱们能够测验 将它们转换为 WebP 格式，该格式愈加高效，并被 API 15 及以上所支撑。

走运的是，Google 现已优化了咱们的 Drawable。即便没有这种优化，ImageOptim 也可优化 PNG 并从中剥离不必要的元数据。

让咱们当一次坏人，将咱们所有的加载图标替换为单一的单像素黑点，并置于未验证的res/drawable目录中。图片巨细约 67 个字节。

优化为 6808 字节（减少 94%）

咱们现已移除了几乎全部的资源，因而毫不古怪 APK 规划现已减少了约 95%。可是resources.arsc依然引证了如下项：

• 一个布局文件；
• 一个字符串资源；
• 一个调用图标。

让咱们从第一项着手。

布局文件（优化为 6262 字节，减少 9%）

Android 结构会胀大咱们的 XML 文件

并主动创立一个TextView对象，用于Activity对象的contentView。

咱们能够测验一些越过中心的进程，具体做法是移除 XML 文件，并运用程序设置contentView。这样会降低资源的规划，由于咱们减少了一个 XML 文件。可是 Dex 文件将会增大，由于咱们引证了额外的TextView办法。

TextView textView = new TextView(this);
textView.setText("Hello World!");
setContentView(textView);

让咱们检查一下这一权衡做法的作业情况，它减少了 5710 个字节。

App 称号（优化为 6034 字节，减少 4%）

下面咱们将删去strings.xml文件，并将AndroidManifest中的android:label特点值更改为“A”。这看上去是一个小更改，可是它从resources.arsc中删去了一项，减少了 Manifest 文件中的字符数，并从“res”目录中移除了一个文件。略有裨益，咱们减少了 228 个字节。

加载图标（优化为 5300 字节，减少 13%）

Android Platform 代码库中的resources.arsc的文档

告知咱们，APK 中的每个资源经过resources.arsc中的一个整数 ID 引证。这些 ID 具有两个命名空间（Namespace）：

0x01: 体系资源（预装在 framework-res.apk 中）；
​
0x7f: 运用资源（捆绑在运用的.apk 文件中）。

那么假如在0x01命名空间中引证了一个资源，咱们的 APK 发生了什么？咱们应该能够在减少文件规划的一起，得到一个更美丽的图标。

android:icon="@android:drawable/btn_star"

虽然文档是这样说的，可是在一个出产 App 中，咱们应该保持“永久不要信赖体系资源”这一准则。该步骤会导致 Google Play 验证失利，而且考虑到咱们知道某些制造商现已重界说了白色

因而在具体操作时需求稳重。

Manifest 文件（优化为 5252 字节，减少 1%）

目前为止，咱们没有对 Manifest 文件下手。

android:allowBackup="true"
android:supportsRtl="true"

移除这些特点将会减少 48 个字节。

避免破解（优化为 4984 字节，减少 5%）

看上去 Dex 文件中依然包括BuildConfig和R。

-keep class com.fractalwrench.MainActivity { *; }

假如咱们精粹 Proguard 规则，就会清除掉这些类。

命名混杂（优化为 4936 字节，减少 1%）

现在对咱们的Activity赋予一个混杂后的姓名。关于正常类，Proguard 可主动完成混杂功用，可是考虑到Activity类名会经过Intents唤醒，因而缺省情况下不要混杂Activity的姓名。

MainActivity -> c.java
com.fractalwrench.apkgolf -> c.c

META-INF（优化为 3307 字节，减少 33%）

当前在 App 签名中，咱们运用了 v1 和 v2 签名。看上去这彻底是浪费，尤其是 v2 会对整个 APK 做哈希，供给了更高档的保护才能和功能

(source.android.com/security/ap…)。

在 APK Analyser 中，v2 签名并不可见，由于它在 APK 文件自身中以二进制块的办法存在。v1 签名是可见的，它是以CERT.RSA 和 CERT.SF文件的办法给出。

Android Studio UI 中供给了 v1 签名的复选框，咱们需求去除该选择，并生成一个签名的 APK。咱们也需求做相反的进程。

看上去从此以后咱们运用的是 v2。

下面的操作将无需 IDE 的支撑

现在咱们要手艺修改咱们的 APK 了。咱们将运用如下指令：

# 1. 创立一个未签名的 APK。
./gradlew assembleRelease
# 2. 解紧缩归档文件。
unzip app-release-unsigned.apk -d app
# 对文件进行修改。
# 3. 紧缩归档文件
zip -r app app.zip
# 4. 运转 zipalign。
zipalign -v -p 4 app-release-unsigned.apk app-release-aligned.apk
# 5. 运用 v2 签名运转 apksigner。
apksigner sign --v1-signing-enabled false --ks $HOME/fake.jks --out signed-release.apk app-release-unsigned.apk
# 6. 验证签名。
apksigner verify signed-release.apk

具体概述了 APK 签名进程。总而言之，gradle 生成了一个未签名的归档文件，zipalign 更改了未紧缩资源的字节对齐办法，用于改善加载 APK 时的 RAM 运用，最后 APK 将被加密签名。

未签名且未对齐的 APK 巨细为 1902 字节，这意味着签名和对齐进程增加了约 1 Kb。

文件巨细差异（优化为 2608 字节，减少 21%）

很古怪！咱们对未对齐的 APK 解紧缩并手艺签名，并手动移除了META-INF/MANIFEST.MF，这减少了 543 字节。假如有人知道原因，请告知我！

现在咱们的签名 APK 中只有三个文件，当然还能够去除resources.arsc，由于咱们并未界说任何资源！

这将使咱们仅保留 Manifest 和classes.dex文件，两个文件巨细适当。

紧缩破解（Compression Hack）（优化为 2599 个字节，减少 0.5%）

让咱们将剩余的字符串都更改为‘c’，更新版别为 26，然后生成一个签名的 APK。

compileSdkVersion 26
    buildToolsVersion "26.0.1"
    defaultConfig {
        applicationId "c.c"
        minSdkVersion 26
        targetSdkVersion 26
        versionCode 26
        versionName "26"
    }

<manifest xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    package="c.c">
    <application
        android:icon="@android:drawable/btn_star"
        android:label="c"
        >
        <activity android:name="c.c.c">

这将减少 9 个字节。

虽然文件中的字符数并未改变，可是咱们更改了‘c’字符的频次。这使得紧缩算法能够进一步降低文件的巨细。

你好，ADB（优化到 2462 字节，减少 5%）

经过移除“`Activity““的 Launch Intent Filter，咱们能够进一步优化 Manifest。尔后，咱们将运用如下指令加载 App：

adb shell am start -a android.intent.action.MAIN -n c.c/.c

下面给出新的 Manifest 文件：

<manifest xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    package="c.c">
    <application>
        <activity
            android:name="c"
            android:exported="true" />
    </application>
</manifest>

咱们还移除了加载图标。

减少办法引证（优化为 2179 字节，减少 12%）

咱们开始需求是生成一个可装置在设备上的 APK。现在是运转“Hello World”的时候了。

咱们的 App 引证了TextView、Bundle和Activity中的办法。经过移除Activity，并替换为用户界说的Application类，咱们能够进一步减少 Dex 文件巨细。现在咱们的 Dex 文件应该仅引证了单一的办法，即Application的构造函数。

现在咱们的源文件如下：

package c.c;
import android.app.Application;
public class c extends Application {}

<manifest xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    package="c.c">
    <application android:name=".c" />
</manifest>

咱们能够运用 adb 验证该 APK 是能够成功装置的，也能够经过 Setting App 做验证。

Dex 优化（优化为 1961 字节，减少 10%）

在此次优化中，我花费了多个小时研讨 Dex 文件格式

意在了解比如校验码和偏移量等各种机制，它们是手艺修改文件中的难点。

可是长话短说，被我证明的是，只要存在classes.dex文件，APK 文件就能装置。因而，只要简略地删去原始文件并在终端运转touch classes.dex，运用这一空文件就能获得近 10% 的规划减少。

有时看上去最愚笨的办法反而最有用。

了解 Manifest 文件（优化为 1961 字节，减少 0%）

非签名 APK 中的 Manifest 文件是二进制的 XML 格式，该格式看上去并没有官方的文档。咱们能够运用 HexFiend编译器去修改文件内容

(github.com/ridiculousf…) 。

咱们能够猜测出位于文件头部的数个感兴趣项。头四个字节编码了38，是与 Dex 文件所运用的版别相同。随后的两个字节编码为660，这无疑是文件的巨细。

下面，咱们测验经过设置 targetSdkVersion 为1并更新文件巨细头部为659，去删去一个字节。不幸的是，Android 体系拒绝了这个不合法的 APK，因而看上去这儿另有玄机。

无需了解 Manifest 文件（优化为 1777 字节，减少 9%）

下面咱们让咱们对整个文件输入虚字符，然后在不更改文件巨细的情况下测验装置 APK。这将确定校验码是否发挥作用，以及更改是否使得文件头部的偏移值失效。

令人惊奇的是，下图的 Manifest 文件被解释为一个有用的 APK，可运转在运转 Oreo 的 Nexus 5X 手机上：

我想我听到了负责保护BinaryXMLParser.java的 Android Framework 工程师对着枕头在大声尖叫。

为最大化收益，咱们将运用空字节（Null）替换这些虚字符。这可使简化运用 HexFiend 检查文件的重要部分，也将使前期的紧缩破解可减少一些字节。

UTF-8 格式的 Manifest 文件

下图给出了一些 Manifest 文件中的重要成分。假如没有这些成分，APK 将会装置失利。

一些工作立刻是很明显的，例如 Manifest 文件和软件包标记。在字符串池中还能够找到软件包称号和 versionCode。

十六进制的 Manifest 文件

以十六进制检查文件可显现文件头部的值，这些值描绘了字符串池及其它值，例如0x9402是文件的巨细。字符串也具有一种有意思的编码。假如字段超出了 8 个字节，它们的总长度将在随后的两个字节中指定。

可是，看上去咱们并不能从中做更进一步的减少。

功德圆满？（优化为 1757 字节，减少 1%）

让咱们检查一下最终的 APK。

终归，咱们运用 v2 签名在 APK 中留名。让咱们创立一个利用紧缩破解的新密钥库。

这可减少 20 个字节。

第五阶段：最终采纳

现在的1757个字节是适当的小。据我所知，这是最小的现有 APK。

可是我彻底有理由坚信，Android 社区中会有人能再做进一步的优化，并打破我的记录。

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