Android App的生成

Android App主要采用Java编程语言编写，包括Activity、Service、Broadcast Receiver、ContentProvider 四大组件。Android App的编译过程与一般的Java App 不同，但开始方式是一样的：使用javac命令将java源代码文件编译成class文件，如图所示：

首先创建一个Test.java测试程序，然后使用javac Test.java命令将Test.java源代码生成Test.class文件：

然后，使用javap -c Test.class命令查看上面的Java代码对应的Java字节码：

Android系统App并不是使用标准的Java虚拟机来运行，而是通过自带的Dalvik虚拟机来运行。与Java虚拟机的字节码不同，Dalvik虚拟机有自己独特的字节码格式，即两个虚拟机的机器指令集不同，因此通过javac 编译生成的class文件也就无法在Dalvik虚拟机上运行。
开发者需要使用Android系统的dx命令（位于/Users/tale/Library/Android/sdk/build-tools/29.0.2/路径下），将class文件和所有的jar包转换成符合Dalvik字节码格式的classes.dex 文件，如图下图所示。

命令格式:  dx --dex --output=classes.dex Test.class

若无法执行dx命令，需添加环境变量：

export PATH=$PATH:/Users/tale/Library/Android/sdk/build-tools/29.0.2

使用dexdump命令去查看classes.dex文件对应的Dalvik 字节码形式如下：

classes.dex文件为Android App的可执行文件，核心代码都在这个文件中。为了便于安装，Android将App打包成类似于zip压缩文件的apk文件。apk文件不仅包含App的所有代码，而且还包含所有的非代码资源，如图片、声音等。使用Andorid SDK中的打包工具或者Android系统的aapt命令，就能将classes.dex文件和App涉及的资源文件（如图片文件和布局配置描述文件等）打包成apk文件，即Android安装包文件。

第三方应用商店向用户发布App安装文件之前，Android系统要求开发者对App文件进行数字签名：一方面出于对App负责，实现App的可溯源；另一方面便于操作系统在App安装时利用数字签名校验安装文件的完整性和准确性，实现App的防篡改。对App包进行签名的过程是，使用开发者的私钥对apk安装文件包中的所有文件进行校验，并将生成的校验信息作为一个附加的签名文件内置于apk文件包中。

jarsigner是Java开发工具包中常用的签名工具，专门为jar文件进行签名而创建，也可以用于对apk文件进行签名。
zipalign是压缩文件对齐工具，确保apk文件的压缩部分在字节边界上是对齐的，这样就可以在不解压文件的情况下读取其中的内容。

1.2 Android App的运行

在Android 4.4 版本后，在原有以Dalvik虚拟机方式运行App的基础上，新增了ART模式。Dalvik虚拟机运行时模式下，App每次运行都需要通过即时编译器将dex文件字节码转换为机器码，即App的每次运行都是转换加运行，虽然这会加快安装过程，但是会拖慢每次启动运行的效率。而在ART模式下，App在第一次安装的时候，就会进行预编译，将字节码编译成机器码。这么做虽然会使设备和App的安装与首次启动变慢，但在此后的每次启动运行，App都省去了机器码转换的工作，提高了运行效率。

图一、Java虚拟机整体流程

图二、Dalvik虚拟机整体流程

图三、ART虚拟机整体流程
App在ART模式下运行的过程：
在Android 系统中，一个名为Zygote 的进程用来孵化和启动其他App，这也是Android 运行的第一个Dalvik 虚拟机进程。Zygote进程通过调用系统fork()函数来快速创建自身的副本进程。Android 系统是基于Linux内核的，通过fork调用可以在短时间内复制生成一个Zygote 副本进程。

之所以通过Zygote 进程复制新的进程，是因为复制像Zygote 这样的半启动进程比从主系统文件中加载新进程要快得多。也就是说，通过Zygote 进程复制可以使App 的启动速度更快。
在ART模式下，Android系统使用dex2oat 命令将classes.dex 文件中的字节码转换为本地oat 格式文件。

oat格式文件是一种Android 系统自有的elf文件格式，它不仅包含classes.dex 文件内容，而且还包含由classes.dex 文件转换的机器指令。因此系统在App 每次运行时重新转换原有classes.dex 文件中的机器指令，就可以使用oat 文件中已经转换好的机器指令在ART 模式下直接运行App。
系统将oat文件和相关库文件加载到内存中，并且直接映射到App 进程的内存区域，App的初始化从这里开始，之后App将出现在屏幕上。

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