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漫画Android：APK是怎样安装的？

news 来源：原创 2025/6/12 21:30:19

APK的安装过程可以概括为以下几个主要阶段：

解析 (Parsing)：系统检查APK文件的完整性和合法性。
验证 (Verification)：校验APK的数字签名，确保应用未被篡改。
提取 (Extraction)：将APK中的内容解压到设备存储。
优化 (Optimization)：对DEX文件进行优化，生成ODEX或ART格式。
安装 (Installation)：将应用注册到系统，创建数据目录，并关联权限。

通俗地讲，你可以把APK的安装过程想象成一个App从“搬家”到“安家落户”的全过程：

I. 准备阶段：

打包（APK文件）： App的开发者把App的所有东西都打包成一个APK“行李箱”。
下载（获取APK）： 用户把这个“行李箱”下载到手机。

II. 安装阶段：App“住”进手机

A. 检查（解析、验证）： 手机检查这个“行李箱”是否安全、里面有什么东西、需要哪些“通行证”（权限）。

B. 搬家（提取、优化）： 手机把“行李箱”里的东西都拿出来，放到一个专门的“新家”里，并且把一些东西“摆放”好，方便快速使用。
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C. 登记（安装注册到系统）： 手机把这个“新住户”的信息登记到“户口本”上，让所有人都知道手机里多了一个新成员。

III. 完成阶段：App“就绪”，可以运行了

之后就是 入住（显示图标、首次运行）： 用户就可以看到这个App的“门牌号”（图标），并且可以打开它，正式开始使用了！

其中「准备阶段」自不必说，我们详细讲讲「安装阶段」！

详细步骤解析

1. 解析 (Parsing)

当你点击一个APK文件时，系统首先会启动一个PackageManagerService (PMS) 的组件来处理这个安装请求。

入口点： 通常是PackageInstaller（用户界面）或PackageManager的installPackage()方法被调用。
文件检查： PMS会首先对APK文件进行基本的合法性检查，例如：
- 它是不是一个合法的ZIP文件？
- 文件后缀是不是.apk？
- 文件头部信息是否正确？
Manifest文件解析： 这是解析阶段最重要的部分。PMS会读取APK内部的AndroidManifest.xml文件。这个文件是应用的“身份证”，它包含了应用的所有核心信息：
- 包名 (Package Name)： 唯一标识应用的字符串，例如com.tencent.mm（微信）。
- 版本号 (Version Code / Version Name)： 应用的版本信息。
- 组件信息： 包含Activity、Service、BroadcastReceiver、ContentProvider等四大组件的声明。
- 权限 (Permissions)： 应用请求的各种权限，例如访问网络、读取联系人等。
- 最低/目标SDK版本： 应用兼容的Android版本范围。
- 签名信息： 用于后续的验证。
冲突检测： PMS会检查新安装的APK的包名是否与设备上已安装的应用包名冲突。如果冲突且不是更新，安装将会失败。

2. 验证 (Verification)

解析完成后，进入安全至关重要的验证阶段。

数字签名验证： 这是Android安全机制的核心。APK文件在打包时会使用开发者的私钥进行数字签名。PMS会做以下几件事：
- 提取签名： 从APK中的META-INF目录下提取签名文件（例如CERT.RSA、CERT.SF）。
- 校验完整性： 使用公钥验证APK中所有文件的哈希值，确保APK在传输或存储过程中没有被篡改。如果任何一个文件被修改，签名验证都会失败。
- 签名一致性： 如果是应用更新，PMS会检查新APK的签名是否与已安装应用的签名一致。不一致则安装失败（除非是系统应用）。这防止了恶意应用冒充正版应用进行更新。
病毒扫描 (可选)： 如果设备安装了安全软件，并且系统启用了“验证应用”功能，那么在签名验证之后，可能会调用第三方安全软件对APK进行病毒扫描。
SELinux上下文分配： 在这个阶段，系统还会根据应用的包名和权限，为其分配一个SELinux (Security-Enhanced Linux) 上下文。SELinux是Android底层的强制访问控制机制，它决定了应用可以访问哪些文件、进程和系统资源。

3. 提取 (Extraction)

验证通过后，系统开始将APK文件中的内容解压并放置到设备存储中。

目标目录： Android系统会为每个应用分配一个独立的存储空间，通常在/data/app/目录下，例如/data/app/com.szsl.myapp/。这个目录通常包含：
- Base APK： 实际的APK文件本身。
- Library目录： 包含应用的.so库（C/C++原生代码编译成的动态链接库），例如lib/arm64。
- ODEX/ART文件 (如果有)： 优化后的DEX文件。
权限设置： 系统会为这些解压出来的文件和目录设置严格的文件系统权限，确保只有应用本身和系统可以访问它们。

4. 优化 (Optimization)

这是一个非常重要的阶段，它关系到应用的启动速度和运行效率。

DEX文件： Android应用的代码是用Java编写的，编译后会生成.class文件，然后通过DX工具转换成.dex（Dalvik Executable）文件。一个APK可以包含多个DEX文件。
ART (Android Runtime) 优化：
- Android 5.0 (Lollipop) 之前 (Dalvik虚拟机)： 采用JIT (Just-In-Time) 编译。安装时会生成.odex（Optimized Dalvik Executable）文件。这个文件是DEX文件的优化版本，它包含了对DEX文件进行预校验和优化后的字节码，可以加速应用的加载。
- Android 5.0 (Lollipop) 及之后 (ART虚拟机)： ART采用AOT (Ahead-Of-Time) 编译。在安装时，系统会使用dex2oat工具将DEX文件编译成设备的本地机器码（ELF格式）。这些本地机器码文件通常存储在/data/app/包名/oat/目录下。
  - 好处： AOT编译使得应用在运行时无需进行JIT编译，从而大大提高了应用的启动速度和运行性能。这也是为什么首次安装应用后，系统会显示“正在优化应用”或“正在安装应用”的进度条，这个过程会消耗一定时间。
Profile-Guided Compilation (PGO)： 从Android N (7.0) 开始，ART还引入了PGO。在应用首次运行后，ART会收集应用的运行数据，并在后台再次对DEX文件进行优化，生成更高效的本地机器码。这进一步提升了应用的性能。

5. 安装 (Installation)

这是整个过程的最后阶段，系统将应用注册到它的内部数据库，并为应用分配UID和GID。

包信息注册： PMS会将应用的详细信息（包名、版本、权限、组件、签名等）注册到系统内部的packages.xml（旧版本）或数据库（新版本）中。这个数据库是系统管理所有已安装应用的核心。
创建数据目录： 系统会为应用创建私有的数据目录，通常在/data/data/包名/下。这个目录是应用存储其私有数据（数据库、SharedPreferences、缓存文件、内部存储文件等）的地方，其他应用无法直接访问。
UID/GID分配： 每个安装的应用都会被分配一个独立的Linux用户ID (UID) 和组ID (GID)。这是Android沙箱机制的基础。每个应用都在自己的进程中运行，并且拥有独立的UID/GID，从而实现了进程隔离。
权限关联： 系统将应用请求的权限与分配的UID/GID关联起来。当应用尝试执行某个需要权限的操作时，系统会检查其UID/GID是否拥有相应的权限。
桌面快捷方式 (可选)： 如果应用声明了android.intent.category.LAUNCHER的Activity，系统可能会通知桌面启动器（Launcher）为应用创建快捷方式。
广播通知： 安装完成后，系统会发送ACTION_PACKAGE_ADDED等广播，通知其他对应用安装感兴趣的系统组件或第三方应用（例如，桌面启动器、应用商店等）。