Android开发经验谈

Android性能优化：实战讲解包体积优化（上）

2021-01-18  本文已影响0人  下饭小当家

一、瘦身优化及 Apk 分析方案介绍

1、瘦身优势

我们首先来介绍下，为什么我们需要做 APK 的瘦身优化？

APK 瘦身优化的原因

主要有 三个方面 的原因：

1、下载转化率

APK 瘦身优化在实际的项目中优先级是比较低的，因为做了之后它的好处不是那么明显，尤其是那些还没有到 稳定期 的项目，我们都知道，App 的发展历程是从 项目初期 => 成长期 => 稳定期，对于处于 发展初期与成长期 的项目而言，可能会做 启动优化、卡顿优化，但是一般不会做 瘦身优化，瘦身优化 最主要的好处是对应用 下载转化率 的影响，它是 App 业务运营的重要指标之一，在项目精细化运营的阶段是非常重要的。因为如果你的 App 与其它同类型的 App 相比 Apk 体积要更小的话，那么你的 App 下载率就可能要高一些。而且，包体积越小，用户下载等待的时间也会越短，所以下载转换成功率也就越高。所以，安装包大小与下载转化率的关系 大致是成反比 的，即安装包越大，下载转换率就越小。一个 80MB 的应用，用户即使点了下载，也可能因为网络速度慢、突然反悔导致下载失败。而对于一个 20MB 的应用，用户点了下载之后，在犹豫要不要下的时候可能就已经下载完了。

而且，现在很多大型的 App 一般都会有一个 Lite 版本的 App，这个也是出于下载转化率方面的考虑。

2、应用市场

Google Play 应用市场强制要求超过 100MB 的应用只能使用 APK 扩展文件方式 上传。当使用 APK 扩展文件方式 上传时，Google Play 会为我们的应用 托管 扩展文件，并将其 免费提供 给设备。扩展文件将保存到设备的共享存储位置（SD 卡或可安装 USB 的分区；也称为“外部”存储），应用可以在其中访问它们。在大多数设备上，Google Play 会在下载 APK 的同时下载扩展文件，因此应用在用户首次打开时便拥有了所需的一切。但是，在某些情况下，我们的应用必须在应用启动时从 Google Play 下载文件。如果您想避免使用扩展文件，并且想要应用程序的下载大小大于100 MB，则应该使用 Android App Bundles 上传应用程序，此时应用程序最多可提供150 MB的压缩下载大小。Android App Bundles 就是 Android 应用程序捆绑包，它能够让 App 以 添加动态功能模块的方式 去解决 APK 大小较大的问题。如下，就是由一个基本模块和两个动态功能模块组成的 Android App Bundle APK 的组成结构图：

3、渠道合作商的要求

此外，还有一个原因，当我们的 App 做大之后，可能需要跟各个手机厂商合作预装，这些 渠道合作商会对你的 App 做详细的要求，只有达到相应的要求后才允许你的 App 预装到手机上。而且，越大的 App 其单价成本也会越高。所以，瘦身也是我们项目做大之后一定会遇到的一个问题。

体积过大对 App 性能的影响

此外，包体积除了会影响 应用的下载转化率 之外，主要还会对 App 三个方面 的性能有一定的影响，如下所示：

2、APK 组成

我们都知道，Android 项目最终会编译成一个 .apk 后缀的文件，实际上它就是一个 压缩包。因此，它内部还有很多不同类型的文件，这些文件，按照大小，共分为如下四类：

此外，还有 META-INF，它存放了应用的 签名信息，其中主要有 3个文件，如下所示：

3、APK分析

下面，我们就来学习 APK 分析的 四种常用方式。

1、使用 ApkTool 反编译工具分析 APK

第一种方式，就是使用 ApkTool 这个反编译工具，它的官网地址如下：

ApkTool 官方网站

其具体的 反编译命令 如下所示：

apktool d xxx.apk
复制代码

下面，我们就来使用 ApkTool 来对应用进行反编译。

ApkTool反编译实战

1、下载并配置apktool

apktool 下载配置官方文档

我这里仅介绍 Mac OS X 平台上的下载配置，其它平台请点击上方链接查看。

    // 1、使用vim命令在命令行打开.bash_profile文件，并可以在命令行
    // 上编辑，当然，你也可以直接打开.bash_profile文件
    vim ~/.bash_profile
    // 2、在.bash_profile最后加上这一行即可
    export PATH=前面路径/apktool:$PATH
    // 3、使编辑后的配置生效
    source ~/.bash_profile
复制代码
2、使用ApkTool分析APK

我们在命令行下输入以下命令对 APK 进行反编译，如下所示：

java -jar apktool_2.3.4.jar apktool d app-release.apk
复制代码

反编译完成之后，它就会在当前的文件夹下面生成 app-release 的目录，目录结构如下所示：

这样我们就可以看到当前 App的具体组成 了。下面，我们介绍下第二种 APK 分析 的方式。

2、使用AS 2.2之后提供的Analyze APK

Analyze APK 具有如下功能：

下面，我们就来具体实战一下，需要注意的是，我们可以 直接将电脑上的 apk 拖进 AS 中就可以自动使用 Analyze APK 打开 apk。然后，我们就可以看到 APK 文件的绝对大小以及各组成文件的百分占比，如下图所示：

可以看到，Awesome-WanAndroid 应用的 classes.dex 的大小为 3.3MB，总占比为 42.2%。并且，lib 和 res 目录也有 1.9MB，总占比大概为 25%，因此，对于 Awesome-WanAndroid App的优化方向就应该是 dex 为主、so 和 res 为辅 了。此外，我们还可以查看 classes.dex 中还包含有哪些类，如下图所示：

我们平时在做 竞品分析 的时候，就能够很方便地来 看一下我们 App 的竞品用到了哪些第三方 SDK。同时，我们也可以从清单文件中很方便地查看 APK 文件的最终版本，因为 Analyze APK 能够直接对清单文件进行解析。

此外，在应用右上角还有一个 Compare with previos APK 的按钮，我们点击它之后，就可以 将当前的 APK 与别的版本的 APK 进行对比，这样就可以对新旧两个版本的 APK 文件大小进行对比。

接下来，我们再介绍下第三种 APK 分析的方式。

3、使用 nimbledroid 进行 APK 性能分析

nimbledroid官网

nibledroid 是美国哥伦比亚大学的博士创业团队研发出来的分析 Android App 性能指标的系统，分析的方式有静态和动态两种方式，如下所示：

它的使用方式其实非常简单，只需要直接上传APK 即可。然后，nimbledroid 网站的后台就会自动对 APK 进行分析，并最终给出一份 全面的 APK 分析报告。

下面，我们再来介绍最后一种 APK 分析工具，即二进制检查工具 android-classshark。

4、使用 android-classshark 进行 APK 分析

android-classshark项目地址

android-classshark 是一个 面向 Android 开发人员的独立二进制检查工具，它可以 浏览任何的 Android 可执行文件，并且检查出信息，比如类的接口、成员变量等等，此外，它还可以支持多种格式，比如说 APK、Jar、Class、So 以及所有的 Android 二进制文件如清单文件等等。下面，我们就来使用 android-classshark 来进行一下实战。

android-classshark 实战

首先，我们从它的 Github 地址上下载对应的 ClassyShark.jar，地址如下所示：

ClassyShark.jar-下载地址

然后，我们双击打开 ClassShark.jar，拖动我们的 APK 到它的工作空间即可。接下来，我们就可以看到 Apk 的分析界面了，这里我们点击 classes 下的 classes.dex，在分析界面 左边 可以看到该 dex 的方法数和文件大小，并且，最下面还显示出了该 dex 中包含有 Native Call 的类。如下图所示：

此外，我们点击左上角的 Methods count 还可以切换到 方法数环形图标统计界面，我们不仅可以 直观地看到各个包下的方法数和相对大小，还可以看到各个子包下的方法数和相对大小。如下图所示：

二、代码瘦身方案探索

在讲解如何对 Dex 进行优化之前，可能有很多同学对 Dex 还没有足够的了解，这里我们就先详细地了解下 Dex。

1、Dex 探秘

Dex 是 Android 系统的可执行文件，包含 应用程序的全部操作指令以及运行时数据。因为 Dalvik 是一种针对嵌入式设备而特殊设计的 Java 虚拟机，所以 Dex 文件与标准的 Class 文件在结构设计上有着本质的区别。当 Java 程序被编译成 class 文件之后，还需要使用 dx 工具将所有的 class 文件整合到一个 dex 文件中，这样 dex 文件就将原来每个 class 文件中都有的共有信息合成了一体，这样做的目的是 保证其中的每个类都能够共享数据，这在一定程度上 降低了信息冗余，同时也使得 文件结构更加紧凑。与传统 jar 文件相比，Dex 文件的大小能够缩减 50% 左右。关于 Class 文件与 Dex 文件的结果对比图如下所示：

如果想深入地了解 Dex 文件格式，可以参见Google 官方教程 - Dex格式。

Dex 一般在应用包体积中占据了不少比重，并且，Dex 数量越多，App 的安装时间也会越长。所以，优化它们可以说是 重中之重。下面，我们就来看看有哪些方式可以优化 Dex 这部分的体积。

2、ProGuard

Java 是一种跨平台的、解释型语言，而 Java 源代码被编译成 中间 ”字节码” 存储于 Class 文件之中。

那么，我们为什么要使用代码混淆呢？

由于跨平台的需要，Java 字节码 中包括了很多源代码信息，如变量名、方法名，并且通过这些名称来访问变量和方法，这些 符号带有许多语义信息，很 容易被反编译成 Java 源代码。为了防止这种现象，我们可以使用 Java 混淆器对 Java 字节码进行混淆。

代码混淆也被称为 花指令，它 将计算机程序的代码转换成一种功能上等价，但是难以阅读和直接理解的形式。混淆就是对发布出去的程序进行重新组织和处理，使得处理后的代码与处理前代码完成相同的功能，而混淆后的代码很难被反编译，即使反编译成功也很难得出程序的真正语义。混淆器的 作用 不仅仅是 保护代码，它也有 精简编译后程序大小 的作用，其 通过缩短变量和函数名以及丢失部分无用信息等方式，能使得应用包体积减小。

代码混淆的形式

目前，代码混淆的形式主要有 三种，如下所示：

Proguard 的作用

在 Android SDK 里面集成了一个工具 — Proguard，它是一个免费的 Java 类文件 压缩、优化、混淆、预先校验 的工具。它的 主要作用 大概可以概括为 两点，如下所示：

所以说，混淆不仅是保障 Android 程序源码安全 的 第一道门槛，而且在一定程度上，使用它能够减小 优化字节码 的大小。优化字节码 的处理流程如下图所示：

而它的作用具体可以细分三点，如下所示：

1、压缩（Shrinking）

默认开启，以减小应用体积，移除未被使用的类和成员，并且 会在优化动作执行之后再次执行，因为优化后可能会再次暴露一些未被使用的类和成员。我们可以使用如下规则来关闭压缩：

-dontshrink 关闭压缩
复制代码

2、优化（Optimization）

默认开启，在 字节码级别执行优化，让应用 运行的更快。使用如下规则可进行优化相关操作：

-dontoptimize 关闭优化
-optimizationpasses n 表示proguard对代码进行迭代优化的次数，Android一般为5
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3、混淆（Obfuscation）

默认开启，增大反编译难度，类和类成员会被随机命名，除非用 优化字节码 等规则进行保护。使用如下规则可以关闭混淆：

-dontobfuscate 关闭混淆
复制代码

Proguard 的优化细节

Proguard 中所做的优化包括 内联、修饰符、合并类和方法等 30 多种优化项，在特定的情况下，它尽可能地做了相应的优化，下面列出了部分的 优化细节：

Proguard 的配置

混淆之后，默认会在工程目录 app/build/outputs/mapping/release 下生成一个 mapping.txt 文件，这就是 混淆规则，所以我们可以根据这个文件把混淆后的代码反推回原本的代码。要使用混淆，我们只需配置如下代码即可：

buildTypes {
    release {
        // 1、是否进行混淆
        minifyEnabled true
        // 2、开启zipAlign可以让安装包中的资源按4字节对齐，这样可以减少应用在运行时的内存消耗
        zipAlignEnabled true
        // 3、移除无用的resource文件：当ProGuard 把部分无用代码移除的时候，
        // 这些代码所引用的资源也会被标记为无用资源，然后
        // 系统通过资源压缩功能将它们移除。
        // 需要注意的是目前资源压缩器目前不会移除values/文件夹中
        // 定义的资源（例如字符串、尺寸、样式和颜色）
        // 开启后，Android构建工具会通过ResourceUsageAnalyzer来检查
        // 哪些资源是无用的，当检查到无用的资源时会把该资源替换
        // 成预定义的版本。主要是针对.png、.9.png、.xml提供了
        // TINY_PNG、TINY_9PNG、TINY_XML这3个byte数组的预定义版本。
        // 资源压缩工具默认是采用安全压缩模式来运行，可以通过开启严格压缩模式来达到更好的瘦身效果。
        shrinkResources true
        // 4、混淆文件的位置，其中 proguard-android.txt 为sdk默认的混淆配置，
        // 它的位置位于android-sdk/tools/proguard/proguard-android.txt，
        // 此外，proguard-android-optimize.txt 也为sdk默认的混淆配置，
        // 但是它默认打开了优化开关。并且，我们可在配置混淆文件将android.util.Log置为无效代码，
        // 以去除apk中打印日志的代码。而 proguard-rules.pro 是该模块下的混淆配置。
        proguardFiles getDefaultProguardFile('proguard-android-optimize.txt'), 'proguard-rules.pro'
        signingConfig signingConfigs.release
    }
}
复制代码

首先，在注释1处，我们可以通过配置 minifyEnabled 来决定是否进行混淆。

然后，在注释2处，通过 配置 zipAlignEnabled 为 true 可以让安装包中的资源按 4 字节对齐，这样可以减少应用在运行时的内存消耗。

接着，在注释3处，配置 shrinkResources 为 true 可以移除无用的 resource 文件：当 ProGuard 把部分无用代码移除的时候，这些代码所引用的资源也会被标记为无用资源，然后，系统会通过资源压缩功能将它们移除。需要注意的是 目前资源压缩器目前不会移除 values / 文件夹中定义的资源（例如字符串、尺寸、样式和颜色）。开启后，Android 构建工具会通过 ResourceUsageAnalyzer 来检查哪些资源是无用的，当检查到无用的资源时会把该资源替换成预定义的版本。主要是针对 .png、.9.png、.xml 提供了 TINY_PNG、TINY_9PNG、TINY_XML 这 3 个 byte 数组的预定义版本。资源压缩工具默认是采用 安全压缩模式 来运行，可以通过开启 严格压缩模式 来达到 更好的瘦身效果。

最后，在注释 4处，我们可以配置混淆文件的位置，其中 proguard-android.txt 为 sdk 默认的混淆配置，它的位置位于 android-sdk/tools/proguard/proguard-android.txt，此外，proguard-android-optimize.txt 也是 sdk 默认的混淆配置，但是它 默认打开了优化开关。此外，我们也可以在配置混淆文件将 android.util.Log 置为无效代码，以去除 apk 中打印日志的代码。而 proguard-rules.pro 是该模块下的混淆配置。

在执行完 ProGuard 之后，ProGuard 都会在 ${project.buildDir}/outputs/mapping/${flavorDir}/ 生成以下文件：

文件名 描述
dump.txt APK中所有类文件的内部结构
mapping.txt 提供原始与混淆过的类、方法和字段名称之间的转换，可以通过proguard.obfuscate.MappingReader来解析
seeds.txt 列出未进行混淆的类和成员
usage.txt 列出从APK移除的代码

下面，我们再回顾下混淆的基本规则。

混淆的基本规则

# * 表示仅保持该包下的类名，而子包下的类名还是会被混淆
-keep class com.json.chao.wanandroid.*
# ** 表示把本包和所含子包下的类名都保持
-keep class com.json.chao.wanandroid.**

# 既保持类名，又保持里面的内容不被混淆
-keep class com.json.chao.wanandroid.* {*;}

# 也可以使用Java的基本规则来保护特定类不被混淆，比如extend，implement等这些Java规则
-keep public class * extends android.app.Activity

# 保留MainPagerFragment内部类JavaScriptInterface中的所有public内容不被混淆
-keepclassmembers class com.json.chao.wanandroid.ui.fragment.MainPagerFragment$JavaScriptInterface {
    public *;
}

# 仅希望保护类下的特定内容时需使用匹配符
<init>;     //匹配所有构造器
<fields>;   //匹配所有字段
<methods>;  //匹配所有方法
# 还可以在上述匹配符前面加上private 、public、native等来进一步指定不被混淆的内 容
-keep class com.json.chao.wanandroid.app.WanAndroidApp {
    public <fields>;
}
# 也可以加入参数，以下表示用java.lang.String作为入参的构造函数不会被混淆
-keep class com.json.chao.wanandroid.app.WanAndroidApp {
    public <init>(java.lang.String);
}

# 不需要保持类名，仅需要把该类下的特定成员保持不被混淆时使用keepclassmembers
# 如果拥有某成员，要保留类和类成员使用-keepclasseswithmembers
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了解完上面的这些混淆规则之后，相信我们已经能够根据我们当前的应用写出相应的混淆规则了。需要注意的是，在 AndroidMainfest 中的类默认不会被混淆，所以四大组件和 Application 的子类和 Framework 层下所有的类默认不会进行混淆，并且自定义的 View 默认也不会被混淆。因此，我们不需要手动在 proguard-rules.pro 中去添加如下代码：

-keep public class * extends android.app.Activity
-keep public class * extends android.app.Appliction
-keep public class * extends android.app.Service
-keep public class * extends android.content.BroadcastReceiver
-keep public class * extends android.content.ContentProvider
-keep public class * extends android.app.backup.BackupAgentHelper
-keep public class * extends android.preference.Preference
-keep public class * extends android.view.View
-keep public class com.android.vending.licensing.ILicensingService
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而 Application 和四大组件是必须在 AndroidMainfest 中进行注册的，所以如果想要通过 混淆四大组件和 Application、自定义 View 的方式去减小APK的体积是行不通的，因为没有规则去配置如何混淆四大组件和 Application。因此，对于混淆的优化，我们能做的只能是 尽量保证 keep 范围的最小化，以此实现应用混淆程度的最大化。在混淆配置中添加下列规则还可以在混淆之后输出最终的混淆配置：

# 输出 ProGuard 的最终配置
-printconfiguration configuration.txt
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混淆实战

这里，我们就对 Awesome-WanAndroid 应用进行混淆，看看该应用混淆前后 APK 的体积变化。

下面这张图是 Awesome-WanAndroid 混淆前的 APK 组成结构图，可以看到占用了大概 8.3MB 的体积，其中 dex 部分占用了 3.6MB。

混淆之后，APK 的体积会如何变化呢？我们看看 混淆后的 APK 组成结构图，如下所示：

可以看到，原先两个 dex 文件变为了一个，而且 dex 的大小也缩减到了 2.2MB，大小整整缩减了 1.4MB，dex 部分的压缩效果将近 40%。APK 整体的压缩效果也有 17%。所以，混淆的确是 APK 瘦身的首选手段。此外，在 Android Studio 3.1 或之后的版本都会默认采用 D8 作为 Dex 的编译器，并且，在2019年10月，被认作为混淆的替代品的 R8 就已经默认集成进 Android Gradle plugin 中了。下面，我们就看看 D8 与 R8 到底是如何优化 APK 的 dex 部分的。

3、D8 与 R8 优化

D8 优化

优化效果

D8 的 优化效果 总的来说可以归结为如下 四点：

开启 D8

在 Android Studio 3.0 需要主动在 gradle.properties 文件中新增:

android.enableD8 = true
复制代码

Android Studio 3.1 或之后的版本 D8 将会被作为默认的 Dex 编译器。

R8 优化

R8 官方文档（目前已经开源）

R8 是 Proguard 压缩与优化部分的替代品，并且它仍然使用与 Proguard 一样的 keep 规则。如果我们仅仅想在 Android Studio 中使用 R8，当我们在 build.gradle 中打开混淆的时候，R8 就已经默认集成进 Android Gradle plugin 中了。

如果我们当前使用的是 Android Studio 3.4 或 Android Gradle 插件 3.4.0 及其更高版本，R8 会作为默认编译器。否则，我们 必须要在 gradle.properties 中配置如下代码让 App 的混淆去支持 R8，如下所示：

android.enableR8=true
android.enableR8.libraries=true
复制代码

那么，R8 与混淆相比优势在哪里呢？

ProGuard 和 R8 都应用了基本名称混淆：它们 都使用简短，无意义的名称重命名类，字段和方法。他们还可以 删除调试属性。但是，R8 在 inline 内联容器类中更有效，并且在删除未使用的类，字段和方法上则更具侵略性。例如，R8 本身集成在 ProGuard V6.1.1 版本中，在压缩 apk 的大小方面，与 ProGuard 的 8.5％ 相比，使用 R8 apk 尺寸减小了约 10％。并且，随着 Kotlin 现在成为 Android 的第一语言，R8 进行了 ProGuard 尚未提供的一些 Kotlin 的特定的优化。

从表面上看，ProGuard 和 R8 非常相似。它们都使用相同的配置，因此在它们之间进行切换很容易。放大来看的话，它们之间也存在一些差异。R8 能更好地内联容器类，从而避免了对象分配。但是 ProGuard 也有其自身的优势，具体有如下几点：

R8 优化实战

接下来，我们就来看看 Awesome-WanAndroid 使用 R8 后，APK 体积的变化，如下图所示：

可以看到，相较于仅使用混淆后的 APK 而言，大小减少了 0.1MB，Dex 部分的优化效果大概为 5%，APK 整体的压缩效果也有 1.5% 左右。虽然从减少的 APK 大小来看，0.1MB 很少，但是比例并不小，如果你负责的是一个像微信、淘宝等规模的 App，它们的体积一般都将近 100MB，使用 R8 后也能减小 1.5MB 的大小。

此外，如果想单独对 Dex 或 jar 包 使用 R8，可以根据最上面的官方文档可以很快的在 python 环境下运行起来，其具体步骤如下所示：

1、确保本地已经安装了python 2.7或更高版本。

2、由于R8项目使用chromium项目提供的depot_tools管理依赖，因此先安装depot_tools。（下面仅介绍Mac版的安装）

3、Downloading and building R8项目

git clone https://r8.googlesource.com/r8
cd r8
tools/gradle.py d8 r8
复制代码

4、tools/gradle.py 脚本将会生成两个 jar 文件，即 build/libs/d8.jar 与 build/libs/r8.jar。

5、下面的代码是使用 R8 在 out 目录下去生成优化后的 dex 文件：

java -jar build/libs/r8.jar --release --output out --pg-conf proguard.cfg input.jar
复制代码

D8 与 R8 的作用非常强大，而 Jake Wharton 大神最近一年多也在研究 D8 与 R8 的知识，如果想对 D8 与 R8 的实现细节有更多地了解，可以看看他的 个人博客。

4、去除 debug 信息与行号信息

在讲解什么是 deubg 信息与行号信息之前，我们需要先了解 Dex 的一些知识。

我们都知道，JVM 运行时加载的是 .class 文件，而 Android 为了使包大小更加紧凑、运行时更加高效就发明了 Dalvik 和 ART 虚拟机，两种虚拟机运行的都是 .dex 文件，当然 ART 虚拟机还可以同时运行 oat 文件。

所以 Dex 文件里的信息内容和 Class 文件包含的信息是一样的，不同的是 Dex 文件对 Class 中的信息做了去重，一个 Dex 包含了很多的 Class 文件，并且在结构上有比较大的差异，Class 是流式的结构，Dex 是分区结构，Dex 内部的各个区块间通过 offset 来进行索引。

为了在应用出现问题时，我们能在调试的时候去显示相应的调试信息或者上报 crash 或者主动获取调用堆栈的时候能通过 debugItem 来获取对应的行号，我们都会在混淆配置中加上下面的规则：

-keepattributes SourceFile, LineNumberTable
复制代码

这样就会保留 Dex 中的 debug 与行号信息，此时的 Dex 结构图 如下所示：

从图中可以看到，Dex 文件的结构主要分为 四大块：header 区，索引区，data 区，map 区。而我们的 debug 与行号信息就保存在 data 区中的 debugItems 区域。而 debug_items 里面主要包含了 两种信息，如下所示：

根据 Google 官方的数据，debugItem 一般占 Dex 的比例有 5% 左右，如果我们能去除 debug 与行号信息，就能更进一步对 Dex 进行瘦身，但是会失去调试信息的功能，那么，有什么方式可以去掉 debugItem，同时又能让 crash 上报的时候能拿到正确的行号呢？

我们可以尝试直接修改 Dex 文件，保留一小块 debugItem，让系统查找行号的时候指令集行号和源文件行号保持一致，这样任何监控上报的行号都直接变成了指令集行号。

每一个方法都会有一个 debugInfoItem，每一个 debuginfoItem 里面都有一个指令集行号和源文件行号的映射关系，这了我们直接把多余的 debugInfoItem 全部删掉，只保留了一个 debugInfoItem，这样所有的方法都会指向同一个 debugInfoItem，并且这个 debugInfoItem 中的指令集行号和源文件行号保持一致，这样不管用什么方式来查找行号，拿到的都是指令集行号。需要注意的是，采用这种方案 需要兼容所有虚拟机的查找方式，因此 仅仅保留一个 debugInfoItem 是不够的，需要对 debugInfoItem 进行分区，并且 debugInfoItem 表不能太大。

关于如何去除 Dex 中的 Debug 信息是通过 ReDex 的 StripDebugInfoPass 来完成的，其配置如下所示：

{
    "redex" : {
        "passes" : [
            "StripDebugInfoPass",
            "RegAllocPass"
        ]
    },
    "StripDebugInfoPass" : {
        "drop_all_dbg_info" : false,
        "drop_local_variables" : true,
        "drop_line_numbers" : false,
        "drop_src_files" : false,
        "use_whitelist" : false,
        "cls_whitelist" : [],
        "method_whitelist" : [],
        "drop_prologue_end" : true,
        "drop_epilogue_begin" : true,
        "drop_all_dbg_info_if_empty" : true
    },
    "RegAllocPass" : {
        "live_range_splitting": false
    }
}
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关于 debuginfo 的实战我们下面马上会开始，在此之前，我们先讲讲 Dex 分包中的另一个优化点。

5、Dex 分包优化

Dex 分包优化原理

当我们的 APK 过大时，Dex 的方法数就会超过65536个，因此，必须采用 mutildex 进行分包，但是此时每一个 Dex 可能会调用到其它 Dex 中的方法，这种 跨 Dex 调用的方式会造成许多冗余信息，具体有如下两点：

为了减少跨 Dex 调用的情况，我们必须 尽量将有调用关系的类和方法分配到同一个 Dex 中。但是各个类相互之间的调用关系是非常复杂的，所以很难做到最优的情况。所幸的是，ReDex 的 CrossDexDefMinimizer 类分析了类之间的调用关系，并 使用了贪心算法去计算局部的最优解（编译效果和dex优化效果之间的某一个平衡点）。使用 "InterDexPass" 配置项可以把互相引用的类尽量放在同个 Dex，增加类的 pre-verify，以此提升应用的冷启动速度。

在 ReDex 中使用 Dex 分包优化跨 dex 调用造成的信息冗余的配置代码如下所示：

{
    "redex" : {
        "passes" : [
            "InterDexPass",
            "RegAllocPass"
        ]
    },
    "InterDexPass" : {
        "minimize_cross_dex_refs": true,
        "minimize_cross_dex_refs_method_ref_weight": 100,
        "minimize_cross_dex_refs_field_ref_weight": 90,
        "minimize_cross_dex_refs_type_ref_weight": 100,
        "minimize_cross_dex_refs_string_ref_weight": 90
    },
    "RegAllocPass" : {
        "live_range_splitting": false
    },
    "string_sort_mode" : "class_order",
    "bytecode_sort_mode" : "class_order"
}
复制代码

为了衡量优化效果，我们可以使用 Dex 信息有效率 这个指标，公式如下所示：

Dex 信息有效率 = define methods数量 / reference methods 数量
复制代码

如果 Dex 有效率在 80% 以上，就说明基本合格了。

使用 ReDex 进行分包优化、去除 debug 信息及行号信息

下面，我们就使用 Redex 来对上一步生成的 app-release-proguardwithr8.apk 进行进一步的优化。（macOS 环境下）

1、首先，我们需要输入一下命令去去安装 Xcode 命令行工具

xcode-select --install
复制代码

2、然后，使用 homebrew 安装 redex 项目使用到的依赖库

brew install autoconf automake libtool python3
brew install boost jsoncpp
复制代码

需要注意的是，2020年2月10号版本源码的 redex 需要的 boost 版本为 V1.71 及以上，当你使用 brew install boost 安装 boost 时可能获取到的 boost 版本会低于 V1.71，此时可能是 brew 版本需要更新，使用 brew upgrade 去更新 brew 仓库的版本 或者可以直接从 boost 官网下载最新的 boost 源码 至 /usr/local/Cellar/ 目录下，我当前使用的是 boost V1.7.2源码下载地址 中的 boost_1_72_0.zip。从 深入探索 Android 启动优化 时就提及到了 Redex 的类重排优化，当时卡在这一步，所以一直没法真正完成类的重排优化。

3、接着，从 Github 上获取 ReDex 的源码并切换到 redex 目录下

git clone https://github.com/facebook/redex.git
cd redex
复制代码

4、下一步，使用 autoconf 和 make 去构建 ReDex

# 如果你使用的是 gcc, 请使用 gcc-5
autoreconf -ivf && ./configure && make -j4
sudo make install
复制代码

5、然后，配置 Redex 的 config 代码

在 Redex 在运行的时候，它是根据 redex/config/default.config 这个配置文件中的通道 passes 中添加不同的优化项来对 APK 的 Dex 进行处理的，我们可以参考 redex/config/default.config 这个默认的配置，里面的 passes 中不同的配置项都有特定的优化。为了优化 App 的包体积，我们再加上 interdex_stripdebuginfo.config 中的配置项去删除 debugInfo 和减少跨 Dex 调用的情况，最终的 interdex_stripdebuginfo.config 配置代码 如下所示：

{
    "redex" : {
        "passes" : [
            "StripDebugInfoPass",
            "InterDexPass",
            "RegAllocPass"
        ]
    },
    "StripDebugInfoPass" : {
        "drop_all_dbg_info" : false,
        "drop_local_variables" : true,
        "drop_line_numbers" : false,
        "drop_src_files" : false,
        "use_whitelist" : false,
        "cls_whitelist" : [],
        "method_whitelist" : [],
        "drop_prologue_end" : true,
        "drop_epilogue_begin" : true,
        "drop_all_dbg_info_if_empty" : true
    },
    "InterDexPass" : {
        "minimize_cross_dex_refs": true,
        "minimize_cross_dex_refs_method_ref_weight": 100,
        "minimize_cross_dex_refs_field_ref_weight": 90,
        "minimize_cross_dex_refs_type_ref_weight": 100,
        "minimize_cross_dex_refs_string_ref_weight": 90
    },
    "RegAllocPass" : {
        "live_range_splitting": false
    },
    "string_sort_mode" : "class_order",
    "bytecode_sort_mode" : "class_order"
}
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6、最后，执行相应的 redex 优化命令

这里我们使用 Redex 命令对上一 Dex 优化中得到的 app_release-proguardwithr8.apk 进行 Dex 分包优化和去除 debugInfo，它使用了贪心这种局部最优解的方式去减少跨 Dex 调用造成的信息冗余，命令如下所示（注意，在 redex 的前面可能需要加上 Android sdk 的路径，因为 redex 中使用到了sdk下的zipalign工具）：

ANDROID_SDK=/Users/quchao/Library/Android/sdk redex --sign -s wan-android-key.jks -a wanandroid -p wanandroid -c ~/Desktop/interdex_stripdebuginfo.config -P app/proguard-rules.pro -o ~/Desktop/app-release-proguardwithr8-stripdebuginfo-interdex.apk ~/Desktop/app-release-proguardwithr8.apk
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上述 redex 命令的 关键参数含义 如下所示：

使用上面的 redex 命令我们就可以对优化后的 APK 进行 再签名和混淆，等待一会后（如果你的 APK 的 Dex 数量和体积很大，可能会比较久），就会生成 优化后的 APK：app-release-proguardwithr8-stripdebuginfo-interdex.apk，如下图所示：

可以看到，我们的 APK 大小几乎没有变化，这是因为当前的 APK 只有一个 Dex，并且 第一个 Dex 默认不会优化。为了能实际看到 redex 的优化效果，我们采用一个新项目来进行实验，项目地址如下所示：

redex 优化 Apk 项目地址

首先，引入一大堆开源库，尝试把 Dex 数量变多一些。然后直接通过 assembleDebug 编译即可。此外，为了可以更加清楚流程，我们可以在 命令行输入 export TRACE=2 以便可以输出 redex 的日志。最后，我们输入下面的 redex 命令删除 dex 中的 debugInfo 和减少跨 dex 调用的情况，如下所示：

redex --sign -s ReDexSample/keystore/debug.keystore -a androiddebugkey -p android -c redex-test/interdex_stripdebuginfo.config -P ReDexSample/proguard-rules.pro  -o redex-test/strip_output.apk ReDexSample/build/outputs/apk/debug/ReDexSample-debug.apk
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最终，我们看到前后的 APK 体积对比图如下所示：

可以看到，APK 的大小从 14.2MB 减少到了 12.8MB，优化效果大概有10%，效果还是比较明显的。此外，如果你的 App 的 Dex 数量越多，那么优化的效果就会越大。

6、使用 XZ Utils 进行 Dex 压缩

XZ Utils 官文文档

XZ Utils 是具有高压缩率的免费通用数据压缩软件，它同 7-Zip 一样，都是 LZMA Utils 的后继产品，内部使用了 LZMA/LZMA2 算法。LZMA 提供了高压缩比和快速解压缩，因此非常适合嵌入式应用。LZMA 的 主要功能 如下：

相对于典型的压缩文件而言，XZ Utils 的输出比 gzip 小 30％，比 bzip2 小 15％。在 FaceBook 的 App 中就使用了 Dex 压缩 的方式，而且它 将 Dex 压缩后的文件都放在了 assets 目录中，如下图所示：

我们先看到上图中的 classes.dex，其中仅包含了启动时要用到的类，这样可以为 Dex 压缩文件 secondary.dex.jar.xzs 的解压争取时间。

此外，在 secondary.dex.jar.xzs 文件的下面，我们注意到，有一系列的 secondary-x.dex.jar.xzs.tmp~.meta 文件，它保存了压缩前每一个 Dex 文件的映射元数据信息，在应用首次启动解压的时候我们还需要用到它。

尽管 classes.dex 为首次启动解压 Dex 压缩文件争取了时间，但是由于文件太大，在低端机上的解压时间可能会有 3~5s。

而且，当 Dex 非常多的时候会增加应用的安装时间，如果还使用了压缩 Dex 的方式，那么首次生成 ODEX 的时间可能就会超过1分钟。为了解决这个问题，Facebook 使用了 oatmeal 这套工具去 根据 ODEX 文件的格式，自己生成了一个 ODEX 文件。而在 正常的流程 下，系统会使用 fork 子进程的方式去处理 dex2oat 的过程。

但是，oatmeal 采用了 代理 dex2oat 省去 fork 进程所带来耗时 的这种方式，如果在1个 10MB 的 Dex，可以将 dex2oat 的耗时降至 100ms，而在 Android 5.0 上生成一个 ODEX 的耗时大约在 10 秒以上，在 Android 8.0 使用 speed 模式也需要 1 秒左右的时间。但是由于 每个 Android 系统版本的 ODEX 格式都有一些差异，oatmeal 需要分版本适配，因此 Dex 压缩的方案我们可以先压压箱底。

7、三方库处理

实际的开发过程中，我们会用到各种各样的三方库。尤其当项目变大之后，开发人员众多，因此引入的三方库也会非常多，比如说，有人引入了一个 Fresco 图片库，然后这个库你可能不熟悉，你会引入一个 Glide，并且另一个人它可能又会引入他熟悉的图片库 Picasso，所以项目中可能会存在多个相同功能的三方 SDK，这一点，在大型项目当中一定会存在。因此，我们在做代码瘦身的时候，需要将三方库进行统一，比如说 将图片加载库、网络库、数据库以及其他基础库进行统一，去掉冗余的库。

同时，在选择第三方 SDK 的时候，我们可以将包大小作为选择的指标之一，我们应该 尽可能地选择那些比较小的库来实现相同的功能。例如，对于图片加载功能来说，Picasso、Glide、Fresco 它们都可以实现，但是你引入 Fresco 之后会导致包大小增加很多，而 Picasso 却只增加了不到 100kb，所以引入不同的三方 SDK 对包大小的影响是不一样的。这里，我们可以使用 AS 插件 Android Methods Count，安装之后，它会自动在 build.gradle 文件中显示你引入的三方库的方法数。

最后，如果我们引入三方库的时候，可以 只引入部分需要的代码，而不是将整个包的代码都引入进来。很多库的代码结构都设计的比较好，比如 Fresco，它将图片加载的各个功能，如 webp、gif 功能进行了剥离，它们都处于单个的库当中。如果我们只需要 Fresco 的 webp 功能，那我们可以将除 webp 之外的别的库都给删掉，这样你引入的三方库就很小了，包大小就降下来了。如下所图所示，我们可以仅仅保留 Fresco 的 webp 功能，其它依赖都可以去掉。

如果你引入的三方库 没有进行过结构剥离，就需要 修改源码，只提取出来你需要的功能即可。

8、移除无用代码

移除无用代码时我们经常会碰到下面两个问题：

这里，有一个很好的方法可以 准确地判断哪些类在线上环境下用户肯定不会用到了。我们可以通过 AOP 的方式来做，对于 Activity 来说，其实非常简单，我们只需要 在每个 Activity 的 onCreate 当中加上统计 即可，然后到了线上之后，如果这个 Activity 被统计了，就说明它还在被使用。而对于那些 不是 Activity 的类，我们可以 利用 AOP 来切它们的构造函数，一个类如果它被使用，那它的构造函数肯定会被调用到。例如，下面就是 使用 AspectJ 对某个包下的类进行构造函数切面 的代码：

@After("execution(org.jay.launchstarter.Task.new(..)")
public void newObject(JoinPoint point) {
    LogHelper.i(" new " + point.getTarget().getClass().getSimpleName());
}
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其中，new 表示是 切的构造函数，括号中的 .. 表示的是 匹配所有构造参数。此外，我们也可以直接使用 coverage 插件 来做 线上无用代码分析，需要注意的是，在注册上报数据的时候记得把服务器名改为自己的。

最后，我们也可以在线下使用 Simian工具 或者 Lint 来 扫描出重复的代码。

使用 Lint 检测无效代码

步骤：点击菜单栏 Analyze -> Run Inspection by Name -> unused declaration -> Moudule ‘app’ -> OK
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9、避免产生 Java access 方法

access 方法是什么？

为了能提供内部类和其外部类直接访问对方的私有成员的能力，又不违反封装性要求，Java 编译器在编译过程中自动生成 package 可见性的静态 access$xxx 方法，并且在需要访问对方私有成员的地方改为调用对应的 access 方法。

避免产生 access 方法的方式

主要有 两种方式 避免产生 access 方法：

因为优化效果不是很明显，这里就不多介绍了，具体的实现细节可参见 西瓜视频 apk 瘦身之 Java access 方法删除，此外，在 ReDex 中也提供了 access-marking 这个功能去除代码中的 Access 方法，并且，在 ReDex 还有 type-erasure 的功能，它 与 access-marking 的优化效果一样，不仅能减少包大小，也能提升 App 的启动速度。

10、利用 ByteX Gradle 插件平台中的代码优化插件

如果你想在项目的编译阶段去除 access 方法，这里我更加建议直接使用 ByteX 的 access_inline 插件。除了 access_inlie 之外，在 ByteX 中还有 四个 很实用的代码优化 Gradle 插件可以帮助我们有效减小 Dex 文件的大小，如下所示：

11、小结

回顾下我们上述使用的各种 Dex 优化方式，其中，不少优化项都使用到了 ReDex。对于 ReDex 来说，目前它提供的比较强大的功能有 五种，分别如下所示：

可以看到，ReDex 的功能非常强大，如果能够深入了解 ReDex 源码中的各个功能模块的实现，你将具有非常强硬的技术资本。

最近，抖音 Android 团队 已经将上述部分模块的实现以 Gradle Transform + ASM 的形式集成进了 ByteX，建议掌握其实现原理后，大家可以直接在这个字节码插件开发平台上开发自己的 Gradle 插件。

最后，还有一些 代码编写方面的优化，如可以在开发过程 尽量减少 enum 的使用，每减少一个 enum 可以减少大约 1.0 到 1.4 KB 的大小。

12、分享

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