Android首次启动时间长优化之预编译提取Odex

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提示！应用程序的安装有两种情况，第一：首次启动系统时安装；第二：系统启动完成后安装。本篇博文基于第一种安装场景。在系统首次启动的场景中，系统会对/system/app、/system/priv-app、/data/app目录下的所有APK进行dex字节码到本地机器码的翻译，同样也会对/system/framework目录下的APK或者JAR文件，以及这些APK所引用的外部JAR，进行dex字节码到本地机器码的翻译。这样可以保证除了应用之外，系统中使用Java来开发的系统服务，也会统一地从dex字节码翻译成本地机器码。详细内容请移步老罗的博客Android ART运行时无缝替换Dalvik虚拟机的过程分析。
一、JVM、DVM、ART虚拟机了解

JVM虚拟机运行的是java字节码： java->java bytecode（class）->java bytecode（jar） 注！java虚拟机基于栈，基于栈的机器必须使用指令来载入和操作栈上的数据，所需指令相对来说比较多。
Dalvik虚拟机解释执行的dex字节码： java->java bytecode（class）->dalvik bytecode（dex） 注：相对JVM，Dalvik基于寄存器，且经过优化并允许有限的内存中同时运行多个虚拟机实例，每个Dalvik应用作为一个独立的Linxu进程执行。如果一个应用中有很多类，编译后会相应生成很多class文件，class文件之间也会有不少冗余信息，dex格式文件把所有classs文件内容整合到一个文件，这样可以减少整体文件占用，IO操作，同时也提高了类的查找速度。此外，dex格式文件增加了新的操作码支持，文件结构也相对简洁，使用等长的指令来提高解析速度。而且dex文件会尽量扩大只读结构的大小，来提高进程间数据共享的速度。
ART虚拟机执行的本地机器码： java->java bytecode（class）->dalvik bytecode（dex）->optimized android runtime machine code（oat） 注：ART所使用的AOT（Ahead-Of-Time）编译，在应用首次安装时，字节码预编译成机器码存储在本地，也就是说在程序运行前编译。而Dalvik是典型的JIT（Just_In_Time），此模式下，应用每次运行的时候，字节码都需要即时编译器转换为机器码再执行，也就是在程序运行时编译。因此在App运行时，ART模式相对于Dalvik省去了解释字节码的过程，占用内存也相应减少，进而提高App的运行效率。

二、Odex

从上面一节中我们知道，在编译打包APK时，Java类会被编译成一个或者多个字节码文件（.class），通过dx工具CLASS文件转换成一个DEX（Dalvik Executable）文件。 通常情况下，我们看到的Android应用程序实际上是一个以.apk为后缀名的压缩文件。我们可以通过压缩工具对apk进行解压，解压出来的内容中有一个名为classes.dex的文件。那么我们首次开机的时候系统需要将其从apk中解压出来保存在data/app目录中。 如果当前运行在Dalvik虚拟机下，Dalvik会对classes.dex进行一次“翻译”，“翻译”的过程也就是守护进程installd的函数dexopt来对dex字节码进行优化，实际上也就是由dex文件生成odex文件，最终odex文件被保存在手机的VM缓存目录data/dalvik-cache下（注意！这里所生成的odex文件依旧是以dex为后缀名，格式如：system@priv-app@[e-mail]@classes.dex）。 如果当前运行于Art模式下， Art同样会在首次进入系统的时候调用/system/bin/dexopt工具来将dex字节码翻译成本地机器码，保存在data/dalvik-cache下。 那么这里需要注意的是，无论是对dex字节码进行优化，还是将dex字节码翻译成本地机器码，最终得到的结果都是保存在相同名称的一个odex文件里面的，但是前者对应的是一个dey文件（表示这是一个优化过的dex），后者对应的是一个oat文件（实际上是一个自定义的elf文件，里面包含的都是本地机器指令）。通过这种方式，原来任何通过绝对路径引用了该odex文件的代码就都不需要修改了。 由于在系统首次启动时会对应用进行安装，那么在预置APK比较多的情况下，将会大大增加系统首次启动的时间。从前面的描述可知，既然无论是DVM还是ART，对DEX的优化结果都是保存在一个相同名称的odex文件，那么如果我们把这两个过程在ROM编译的时候预处理提取Odex文件将会大大优化系统首次启动的时间。

三、预编译提取Odex

在BoardConfig.mk中定义：WITH_DEXPREOPT := true。打开这个宏之后，无论是有源码还是无源码的预置apk预编译时都会提取odex文件。

不过这里需要注意的是打开WITH_DEXPREOPT 宏之后，预编译时提取Odex会增加一定的空间，预置太多apk，会导致system.img 过大，而编译不过。遇到这种情况可以通过删除apk中的dex文件、调大system.img的大小限制，或在预编译时跳过一些apk的odex提取。 例如跳过helloworld应用提取的方法如下：

在目录uildcoredex_preopt_odex_install.mk中添加红色标记的代码：

ifeq ($(LOCAL_MODULE),helloworld)

LOCAL_DEX_PREOPT:=

endif

build_odex:=

installed_odex:=

....

helloworld可替换为需要跳过提取odex的apk的LOCAL_MODULE名字，如Settings等。