Android10 dex2oat实践

技术分享 3年前 (2022-11-04) 0 999+

最近看到一篇博客：Android性能优化之Android 10+ dex2oat实践，对这个优化很感兴趣,打算研究研究能否接入到项目中。不过该博客只讲述了思路，没有给完整源码。本项目参考该博客的思路，实现了该方案。

源码地址：https://github.com/carverZhong/DexOpt

一、dex2oat 详解

以下是官方对于dex2oat的解释：

ART 使用预先 (AOT) 编译，并且从 Android 7.0（代号 Nougat，简称 N）开始结合使用 AOT、即时 (JIT) 编译和配置文件引导型编译。所有这些编译模式的组合均可配置，我们将在本部分中对此进行介绍。例如，Pixel 设备配置了以下编译流程：

最初安装应用时不进行任何 AOT 编译。应用前几次运行时，系统会对其进行解译，并对经常执行的方法进行 JIT 编译。

当设备闲置和充电时，编译守护程序会运行，以便根据在应用前几次运行期间生成的配置文件对常用代码进行 AOT 编译。

下一次重新启动应用时将会使用配置文件引导型代码，并避免在运行时对已经过编译的方法进行 JIT 编译。在应用后续运行期间经过 JIT 编译的方法将会添加到配置文件中，然后编译守护程序将会对这些方法进行 AOT 编译。

ART 包括一个编译器（dex2oat 工具）和一个为启动 Zygote 而加载的运行时 (libart.so)。dex2oat 工具接受一个 APK 文件，并生成一个或多个编译工件文件，然后运行时将会加载这些文件。文件的个数、扩展名和名称因版本而异，但在 Android 8 版本中，将会生成以下文件：

.vdex：其中包含 APK 的未压缩 DEX 代码，以及一些旨在加快验证速度的元数据。
.odex：其中包含 APK 中已经过 AOT 编译的方法代码。
.art (optional)：其中包含 APK 中列出的某些字符串和类的 ART 内部表示，用于加快应用启动速度。(配置 ART)

也就是说，dex2oat可以触发APK的AOT编译，并生成对应的产物，APP运行时会加载这些文件。执行过AOT编译的产物能加快启动速度、代码执行效率。

二、代码实现

具体原理还是参考博客：Android性能优化之Android 10+ dex2oat实践。这里说下实现上的细节。
博客的思路是通过一些手段触发系统来进行dex2oat。

1.整体思路

PackageManagerShellCommand.runCompile方法可以触发Secondary Apk进行dex2oat，但是Secondary Apk需要先注册。
注册的逻辑在IPackageManagerImpl.registerDexModule，其中IPackageManagerImpl是PackageManagerService的内部类，并继承了IPackageManager.Stub。
最后，再执行PackageManagerShellCommand.runreconcileSecondaryDexFiles反注册，就大功告成了。

所以整体分三步走：

注册Secondary Apk
执行dex2oat
反注册Secondary Apk

2.注册Secondary Apk

IPackageManager是个AIDL接口，而应用中的ApplicationPackageManage刚好持有这个AIDL接口，因此可以通过其调用registerDexModule方法。

为此，可以通过反射调用registerDexModule方法。以下是核心实现：

// 注册Secondary Apk private fun registerDexModule(apkFilePath: String): Boolean {     try {         val callbackClazz = ReflectUtil.findClass("android.content.pm.PackageManager$DexModuleRegisterCallback")         ReflectUtil.callMethod(             getCustomPM(),             "registerDexModule",             arrayOf(apkFilePath, null),             arrayOf(String::class.java, callbackClazz)         )         return true     } catch (thr: Throwable) {         Log.e(TAG, "registerDexModule: thr.", thr)     }     return false }   /**  * 创建一个自定义的 PackageManager，避免影响正常的 PackageManager  */ private fun getCustomPM(): PackageManager {     val customPM = cacheCustomPM     if (customPM != null && cachePMBinder?.isBinderAlive == true) {         return customPM     }     val pmBinder = getPMBinder()     val pmBinderDynamicProxy = Proxy.newProxyInstance(         context.classLoader, ReflectUtil.getInterfaces(pmBinder::class.java)     ) { _, method, args ->         if ("transact" == method.name) {             // FLAG_ONEWAY => NONE.             args[3] = 0         }         method.invoke(pmBinder, *args)     }     val pmStubClass = ReflectUtil.findClass("android.content.pm.IPackageManager$Stub")     val pmStubProxy = ReflectUtil.callStaticMethod(pmStubClass,         "asInterface",         arrayOf(pmBinderDynamicProxy),         arrayOf(IBinder::class.java))     val contextImpl = if (context is ContextWrapper) context.baseContext else context     val appPM = createAppPM(contextImpl, pmStubProxy!!)     cacheCustomPM = appPM     return appPM }

3.执行dex2oat

这里有个难点就是，如何才能调用到PackageManagerShellCommand.runCompile？看下调用逻辑：

// 代码位于PackageManagerService.java。 // IPackageManagerImpl是PackageManagerService的内部类。 @Override public void onShellCommand(FileDescriptor in, FileDescriptor out,                 FileDescriptor err, String[] args, ShellCallback callback,                 ResultReceiver resultReceiver) {     (new PackageManagerShellCommand(this, mContext, mDomainVerificationManager.getShell()))                     .exec(this, in, out, err, args, callback, resultReceiver); }

IPackageManager.Stub继承了Binder，而这个方法是Binder中的，调用逻辑如下：

// Binder.java protected boolean onTransact(int code, @NonNull Parcel data, @Nullable Parcel reply,                              int flags) throws RemoteException {   if (code == INTERFACE_TRANSACTION) {     reply.writeString(getInterfaceDescriptor());     return true;   } else if (code == DUMP_TRANSACTION) {     // 省略部分代码...     return true;   } else if (code == SHELL_COMMAND_TRANSACTION) {     ParcelFileDescriptor in = data.readFileDescriptor();     ParcelFileDescriptor out = data.readFileDescriptor();     ParcelFileDescriptor err = data.readFileDescriptor();     String[] args = data.readStringArray();     ShellCallback shellCallback = ShellCallback.CREATOR.createFromParcel(data);     ResultReceiver resultReceiver = ResultReceiver.CREATOR.createFromParcel(data);     try {       if (out != null) {         // 重点！！！调用了 shellCommand 方法         shellCommand(in != null ? in.getFileDescriptor() : null,                 out.getFileDescriptor(),                 err != null ? err.getFileDescriptor() : out.getFileDescriptor(),                 args, shellCallback, resultReceiver);       }     } finally {       // 省略部分代码...     }     return true;   }   return false; }  public void shellCommand(@Nullable FileDescriptor in, @Nullable FileDescriptor out,                          @Nullable FileDescriptor err,                          @NonNull String[] args, @Nullable ShellCallback callback,                          @NonNull ResultReceiver resultReceiver) throws RemoteException {     // 这里调用的！！！     onShellCommand(in, out, err, args, callback, resultReceiver); }

所以这里逻辑清晰了，再次整理下逻辑：

Binder.onTransact收到 SHELL_COMMAND_TRANSACTION 命令会执行 shellCommand方法
shellCommand方法又调用了onShellCommand方法
IPackageManager.Stub继承了Binder
IPackageManagerImpl继承了IPackageManager.Stub并重写了onShellCommand方法
IPackageManagerImpl的onShellCommand执行了PackageManagerShellCommand相关逻辑

所以我们的核心是找到IPackageManager.aidl，并向其发送 SHELL_COMMAND_TRANSACTION 命令。得益于Android Binder机制，我们可以在应用进程拿到IPackageManger的Binder，并通过它来发送命令。

代码实现如下：

// 执行dex2oat private fun performDexOpt() {     val args = arrayOf(         "compile", "-f", "--secondary-dex", "-m",         if (Build.VERSION.SDK_INT >= Build.VERSION_CODES.S) "verify" else "speed-profile",         context.packageName     )     executeShellCommand(args) }  // IPackageManager.aidl 发送 SHELL_COMMAND_TRANSACTION 命令 private fun executeShellCommand(args: Array<String>) {     val lastIdentity = Binder.clearCallingIdentity()     var data: Parcel? = null     var reply: Parcel? = null     try {         data = Parcel.obtain()         reply = Parcel.obtain()         data.writeFileDescriptor(FileDescriptor.`in`)         data.writeFileDescriptor(FileDescriptor.out)         data.writeFileDescriptor(FileDescriptor.err)         data.writeStringArray(args)         data.writeStrongBinder(null)         resultReceiver.writeToParcel(data, 0)         getPMBinder().transact(SHELL_COMMAND_TRANSACTION, data, reply, 0)         reply.readException()     } catch (t: Throwable) {         Log.e(TAG, "executeShellCommand error.", t)     } finally {         data?.recycle()         reply?.recycle()     }     Binder.restoreCallingIdentity(lastIdentity) }

4.反注册Secondary Apk

反注册也是执行PackageManagerShellCommand相关方法，只不过给的参数不一样。所以大部分逻辑跟第三步是一样的。代码实现如下：

private fun reconcileSecondaryDexFiles() {     val args = arrayOf("reconcile-secondary-dex-files", context.packageName)     executeShellCommand(args) }

最后，本项目的代码组织情况如下：