09 Android包管理机制-APK的解析
前言
在本系列的前面文章中，我介绍了PackageInstaller的初始化和安装APK过程、PMS处理APK的安装和PMS的创建过程，这些文章中经常会涉及到一个类，那就是PackageParser，它用来在APK的安装过程中解析APK，那么APK是如何被解析的呢？这篇文章会给你答案。
1.引入PackageParser
Android世界中有很多包，比如应用程序的APK，Android运行环境的JAR包（比如framework.jar）和组成Android系统的各种动态库so等等，由于包的种类和数量繁多，就需要进行包管理，但是包管理需要在内存中进行，而这些包都是以静态文件的形式存在的，就需要一个工具类将这些包转换为内存中的数据结构，这个工具就是包解析器PackageParser。
我们知道安装APK时需要调用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
}
...
}
可以看到安装APK时，需要先在注释1处创建PackageParser，然后在注释2处调用PackageParser的parsePackage方法来解析APK。
2.PackageParser解析APK
Android5.0引入了Split APK机制，这是为了解决65536上限以及APK安装包越来越大等问题。Split APK机制可以将一个APK，拆分成多个独立APK。
在引入了Split APK机制后，APK有两种分类：
- Single APK：安装文件为一个完整的APK，即base APK。Android称其为Monolithic。
- Mutiple APK：安装文件在一个文件目录中，其内部有多个被拆分的APK，这些APK由一个 base APK和一个或多个split APK组成。Android称其为Cluster。
了解了APK，我们接着学习PackageParser解析APK，查看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;
}
注释1处，如果要解析的packageFile是一个目录，说明是Mutiple APK，就需要调用parseClusterPackage方法来解析，如果是Single APK则调用parseMonolithicPackage方法来解析。这里以复杂的parseClusterPackage方法为例，了解了这个方法，parseMonolithicPackage方法自然也看的懂。
image
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);
}
}
注释1处调用parseClusterPackageLite方法用于轻量级解析目录文件，之所以要轻量级解析是因为解析APK是一个复杂耗时的操作，这里的逻辑并不需要APK所有的信息。parseClusterPackageLite方法内部会通过parseApkLite方法解析每个Mutiple APK，得到每个Mutiple APK对应的ApkLite（轻量级APK信息），然后再将这些ApkLite封装为一个PackageLite（轻量级包信息）并返回。
注释2处，mOnlyCoreApps用来指示PackageParser是否只解析“核心”应用，“核心”应用指的是AndroidManifest中属性coreApp值为true，只解析“核心”应用是为了创建一个极简的启动环境。mOnlyCoreApps在创建PMS时就一路传递过来，如果我们加密了设备，mOnlyCoreApps值就为true。另外可以通过PackageParser的setOnlyCoreApps方法来设置mOnlyCoreApps的值。
lite.coreApp表示当前包是否包含“核心”应用，如果不满足注释2的条件就会抛出异常。
注释3处的parseBaseApk方法用于解析base APK，注释4处获取split APK的数量，根据这个数量在注释5处遍历调用parseSplitApk来解析每个split APK。这里主要查看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;
}
...
}
注释1处，如果APK的路径以/mnt/expand/开头，就截取该路径获取volumeUuid，注释3处用于以后标识这个解析后的Package，注释4处的用于标识该App所在的存储卷UUID。
注释2处又调用了parseBaseApk的重载方法，可以看出当前的parseBaseApk方法主要是为了获取和设置volumeUuid。parseBaseApk的重载方法如下所示。
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
//从资源中提取自定义属性集com.android.internal.R.styleable.AndroidManifest得到TypedArray
TypedArray sa = res.obtainAttributes(parser,
com.android.internal.R.styleable.AndroidManifest);//2
//使用typedarray获取AndroidManifest中的versionCode赋值给Package的对应属性
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
//获取资源后要回收
sa.recycle();
return parseBaseApkCommon(pkg, null, res, parser, flags, outError);
}
注释1处创建了Package对象，注释2处从资源中提取自定义属性集 com.android.internal.R.styleable.AndroidManifest得到TypedArray ，这个属性集所在的源码位置为frameworks/base/core/res/res/values/attrs_manifest.xml。接着用TypedArray读取APK的AndroidManifest中的versionCode、revisionCode和versionName的值赋值给Package的对应的属性。
注释3处读取APK的AndroidManifest中的coreApp的值。
最后会调用parseBaseApkCommon方法，这个方法非常长，主要用来解析APK的AndroidManifest中的各个
标签，比如application、permission、uses-sdk、feature-group等等，其中四大组件的标签在application标签下，解析application标签的方法为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);
...
}
}
...
}
parseBaseApplication方法有近500行代码，这里只截取了解析四大组件相关的代码。注释1处如果标签名为activity，就调用注释2处的parseActivity方法解析activity标签并得到一个Activity对象（PackageParser的静态内部类），这个方法有300多行代码，解析一个activity标签就如此繁琐，activity标签只是Application中众多标签的一个，而Application只是AndroidManifest众多标签的一个，这让我们更加理解了为什么此前解析APK时要使用轻量级解析了。注释3处将解析得到的Activity对象保存在Package的列表activities中。其他的四大组件也是类似的逻辑。
PackageParser解析APK的代码逻辑非常庞大，基本了解本文所讲的就足够了，如果有兴趣可以自行看源码。
parseBaseApk方法主要的解析结构可以理解为以下简图。
image
3.Package的数据结构
包被解析后，最终在内存是Package，Package是PackageParser的内部类，它的部分成员变量如下所示。
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);
...
}
注释1处，activities列表中存储了类型为Activity的对象，需要注意的是这个Acticity并不是我们常用的那个Activity，而是PackageParser的静态内部类，Package中的其他列表也都是如此。Package的数据结构简图如下所示。
image
从这个简图中可以发现Package的数据结构是如何设计的：
- Package中存有许多组件，比如Acticity、Provider、Permission等等，它们都继承基类Component。
- 每个组件都包含一个info数据，比如Activity类中包含了成员变量ActivityInfo，这个ActivityInfo才是真正的Activity数据。
- 四大组件的标签内可能包含
<intent-filter>来过滤Intent信息，因此需要IntentInfo来保存组件的intent信息，组件基类Component依赖于IntentInfo，IntentInfo有三个子类ActivityIntentInfo、ServiceIntentInfo和ProviderIntentInfo，不同组件依赖的IntentInfo会有所不同，比如Activity继承自Component<ActivityIntentInfo>，Permission继承自Component<IntentInfo>。
最终的解析的数据会封装到Package中，除此之外在解析过程中还有两个轻量级数据结构ApkLite和PackageLite，因为这两个数据和Package没有太大的关联就没有在上图中表示。
