应用启动流程梳理（一）-应用安装流程

想针对启动耗时&卡顿优化做一个专题，一来是复习二来是构建完整知识结构。分析应用的启动势必需要先了解整个启动的流程，那么在分析前，需要先简单总结下整个启动流程的梳理大纲，基于android 9.0版本：

梳理大纲

那么我梳理的场景整体流程是：安装一个应用，完成安装之后点击Launcher桌面某App图标，应用启动到主界面显示完成整个过程。过程不涉及代码，具体分析可以去看之前对应的文章，里面有详细的源码分析。

一、应用安装流程

应用安装过程简单说就两步：

1.1 复制Apk到指定目录

主Apk复制路径如下：
system/app 系统应用存放目录
data/app 三方应用存放目录

~:/system/app/Bluetooth # ls -al
total 4048
drwxr-xr-x   4 root root    4096 2009-01-01 08:00 .
drwxr-xr-x 103 root root    4096 2009-01-01 08:00 ..
-rw-r--r--   1 root root 4124698 2009-01-01 08:00 Bluetooth.apk
drwxr-xr-x   3 root root    4096 2009-01-01 08:00 lib
drwxr-xr-x   3 root root    4096 2009-01-01 08:00 oat

~:/data/app/com.ss.android.article.news-kk9ZSokxPMvccIA7c41aJA== # ls -al
total 26108
drwxrwxr-x  4 system system      3488 2019-10-31 23:57 .
drwxrwx--x 41 system system      3488 2019-10-31 23:57 ..
-rw-r--r--  1 system system  26690526 2019-10-31 23:57 base.apk
drwxr-xr-x  3 system system      3488 2019-10-31 23:57 lib
drwxrwx--x  3 system install     3488 2019-10-31 23:57 oat

内容与权限一目了然，这里就不赘述了。另外再关注一个目录，data/data，这是各三方应用的私有目录，自然是用户权限的，那么是不是root权限的进程就可以随意访问了呢？其实也不然，在锁屏解锁前，data/data目录内的文件都是按FBE加密的，但是在解锁之后会解密。这属于文件系统的东西了，没有深入研究。

但是我总结的结论是：/data目录下，凡是_ce结尾的是一直加密的，_de结尾是不加密的。其他的没有调研，但是data/data是在锁屏解锁前加密，解锁后解密。感兴趣的可以自行研究Android的文件系统加密。
[FBE加密官方介绍]https://source.android.google.cn/security/encryption/file-based

~:/data/data/com.ss.android.article.news # ls -al
total 73
drwx------  13 u0_a214 u0_a214        3488 2019-11-01 00:08 .
drwxrwx--x 322 system  system        24576 2019-10-31 23:57 ..
drwxrwx--x   2 u0_a214 u0_a214        3488 2019-11-01 00:08 app_textures
drwx------   3 u0_a214 u0_a214        3488 2019-11-01 00:08 app_webview
drwx------   2 u0_a214 u0_a214        3488 2019-11-01 00:08 app_webview_2930
drwx------   2 u0_a214 u0_a214        3488 2019-11-01 00:08 app_webview_3017
drwx------   4 u0_a214 u0_a214        3488 2019-11-01 00:08 app_webview_3298
drwxrws--x  10 u0_a214 u0_a214_cache  3488 2019-11-01 00:08 cache
drwxrws--x   2 u0_a214 u0_a214_cache  3488 2019-10-31 23:57 code_cache
drwxrwx--x   2 u0_a214 u0_a214        3488 2019-11-01 00:08 databases
drwxrwx--x  26 u0_a214 u0_a214        3488 2019-11-01 00:08 files
lrwxrwxrwx   1 root    root             74 2019-10-31 23:57 lib -> /data/app/com.ss.android.article.news-kk9ZSokxPMvccIA7c41aJA==/lib/arm
drwx------   2 u0_a214 u0_a214        3488 2019-11-01 00:08 lib-main
drwxrwx--x   2 u0_a214 u0_a214       20480 2019-11-01 00:09 shared_prefs

1.2 安装APK：

安装过程简单说就是AndroidManifest.xml的解析，包括名字、版本、权限、四大组件等信息。然后分别做了内存存储和文件持久化。Launcher会获取<action android:name="android.intent.action.MAIN" />和<category android:name="android.intent.category.LAUNCHER" />的Activity，并绑定一个应用图标，点击Launcher对应的应用图标，实际上就是做了一次Activity的隐式启动。

当然应用安装过程是很复杂的，包括权限的检查、文件夹的创建、安装逻辑判断、数据结构的封装等等内容。我这只是挑了几点与启动相关的总结一下。

1.3 其他APK相关知识点

1）APK组成

AndroidManifest.xml 应用整体配置信息。
META-INF 签名信息。
lib 应用依赖的native .so库，也包括一些插件。根据手机CPU的架构，lib库大体上可以分为4种：ARM、ARM-V7、MIPS和X86，分别对应着4种CPU架构。实际上，市面上的手机几乎全都是ARM架构的，所以大多数情况下我们只需要有armeabi和armeabi-v7a两种类型的库就足够了。
res 系统资源目录，与工程对应目录内容一致。
assets 跟res目录有点相似，但实际上二者还是有区别的。res目录中的文件会映射到R文件中，每个资源文件都有自己的ID，而assets中的文件则直接通过AssetManager类进行访问，而且assets目录你可以添加任意深度的子目录，这一点会比较方便管理和归类文件。相比较之下，res目录目前不能支持更深级的子目录。附带了解assets与raw的区别：assets不做任何处理被打包，资源通过AssetManager访问，目录可以分层。raw通过资源ID访问，不参与编译，目录不可分层。
classes.dex .java文件通过javac编译生成.class，多个.class通过dex生成.dex文件。.dex是面向Android虚拟机的标准字节码。
resources.arsc 编译后的二进制资源文件索引，记录了资源文件（即res目录中的文件）和资源文件ID的映射关系，这样程序运行的时候就可以根据资源的ID获取到相应的资源。

2）编译

  App在android上运行，首先需要dex加载到内存，dex执行方式主要有两种：解释器执行 和 执行编译后的机器码 两种执行方式。解释执行就是及时编译，运行到哪解释到哪，这样效率不高，所以google在2.2版本引入了JIT，在解释执行过程中针对热点代码编译为机器码并且优化，然后缓存在内存中，下次执行到相同代码直接调用缓存的机器码，提升效率。但是app进程消亡下次重新冷启就没了。google4.4.推出art虚拟机替换Dalvik,推出AOT编译，即生成的机器码缓存为文件，作为持久化优化，每次编译会更新文件，但是更新频率并不高。优点是机器码持久化保证下次使用也能直接跑机器码，提升执行效率，缺点是编译耗时且CPU抢占严重。为了不影响用户体验，编译时机非常关键。

Android推出4种编译filter:

verify：只运行 DEX 代码验证。
quicken：运行 DEX 代码验证，并优化一些 DEX 指令，以获得更好的解释器性能。
speed-profile：运行 DEX 代码验证，并对配置文件中列出的方法进行 AOT 编译。
speed：运行 DEX 代码验证，并对所有方法进行 AOT 编译。
执行效率上：
verify < quicken < speed-profile < speed
编译速度上：
verify > quicken > speed-profile > speed
编译触发的几个时机：

路径	描述	编译方式	编译内容
Install	应用安装通过installd触发的编译	speed-profile	主apk
OTA升级	系统升级通过installd触发的编译	verify	主apk
load dexFile	动态加载插件直接通过虚拟机触发的编译	quicken	插件
postboot	开机1分钟后，针对全部安装的7天内未使用且过期的应用通过installd触发的编译	verify	主apk
idle	同时满足充电、idle状态且24小时内只触发一次，主apk通过installd触发编译,插件通过虚拟机触发编译	speed-profile	主apk 和插件

另外，编译的内存除了主apk之外还包含应用的插件，主apk间距通过PMS交由installd来触发dex2oat编译，插件则通过动态加载直接由虚拟机触发dex2oat编译。

3）动态加载插件

核心流程在于loadDexFile，这个过程核心逻辑是：先判断是否有.odex文件，然后判断是否过期，如果既有.odex又没过期，那么直接加载，如果不满足则先执行dex2oat编译，编译完之后将.odex加载到内存才开始执行。另外.dex编译过程是持锁的，个人感觉目的可能是防止多处同时触发loadDexFile，避免重复编译。到了Android Q之后，动态加载插件去掉了编译逻辑，也就是如果没有.odex或者有但是过期，直接跳出去加载.dex文件走解释模式，不再进行编译了。好处是减少第一次加载等锁造成的卡顿，坏处就是解释模式执行效率不高。

这里其实我多加了很多内容，不光是关于应用安装流程的，好了这部分先到这。

上面牵涉到的部分知识点详细细节可以参看之前写过的文章：
Android PMS（一）-启动流程
 Android PMS（二）-Apk安装流程
 Android PMS（三）-Installd执行dexopt流程
 Android PMS（四）-安装微信
 启动耗时分析（三）-ART编译分析
 Android 9.0 ART编译分析（一）-编译通路梳理
 Android 9.0 ART编译分析（二）-Installd触发dex2oat编译流程
 Android 9.0 ART编译分析（三）-虚拟机触发dex2oat编译流程