百度APP DEX文件体积优化——从DebugInfo到Dex行号优化

2024-02-02 17:19:58

在安卓应用瘦身实践的第一篇博文中，我们介绍了百度APP在DEX文件优化上的实践——DexMethod的inline方案，以及进一步深入的DexMethod的inline方案——LazyBinding的方案，两篇博文内容已在社区引发广泛关注与讨论。今天我们带来的是DEX文件体积优化系列的第二篇，在DexMethod的inline优化与LazyBinding方案的基础之上，我们继续探寻DEX文件瘦身的更多可能，而本篇的内容就是Dex行号优化与复原。

Dex行号优化

Dex行号是指Java源代码中每一行代码在编译成DEX文件后对应的指令偏移 ，它可以帮助调试器将字节码指令映射回Java源代码。换言之，Dex行号优化就是移除无用的Dex行号信息来达到DEX文件体积缩小的目的 。

Dex行号优化时机

从DEX文件的生成过程来看，Dex行号优化时机可以分为编译期和打包期：

编译期优化 ：在DEX文件的生成阶段，也就是将Java源代码编译成DEX文件之前进行Dex行号优化。
打包期优化 ：在DEX文件的打包阶段，也就是将DEX文件打包成APK文件之前进行Dex行号优化。

对于编译期优化，由于无法了解到所有的代码调用关系，所以可能会存在优化不彻底的情况，进而导致DEX文件体积无法达到最小化。而对于打包期优化，由于可以了解到所有的代码调用关系，所以可以进行更彻底的优化。因此，百度APP最终采用的就是打包期Dex行号优化方案。

Dex行号优化方案

百度APP采用的Dex行号优化方案主要分为两步：

第一步，定位无效Dex行号

无效Dex行号是指在DEX文件加载到内存后，不会被任何Java方法引用的Dex行号 。我们可以通过遍历DEX文件中的所有方法，并分析每个方法的调用关系来定位无效Dex行号。具体步骤如下：

对于每一个方法，我们遍历它的所有调用指令（invoke-virtual、invoke-super、invoke-direct、invoke-static、invoke-interface）。
对于每一个调用指令，我们获取被调用的方法的签名（类名、方法名、符）。
如果被调用的方法在DEX文件中不存在，则说明该调用指令对应的Dex行号无效。

第二步，移除无效Dex行号

定位到无效Dex行号后，我们就可以通过修改DEX文件的头部结构来移除这些无效Dex行号。具体步骤如下：

修改DEX文件的头部中的"debug_info_off"字段，该字段指向DEX文件中的DebugInfo块的偏移量。
修改DebugInfo块中的"line_start"字段，该字段表示第一条有效Dex行号的偏移量。
修改DebugInfo块中的"line_end"字段，该字段表示最后一条有效Dex行号的偏移量。

Dex行号优化效果

经过Dex行号优化后，百度APP的DEX文件体积得到了显著的缩小。具体数据如下：

模块	优化前DEX文件大小	优化后DEX文件大小	缩小率
主模块	25.6MB	22.5MB	12.1%
业务模块	10.2MB	9.3MB	8.8%

Dex行号复原

Dex行号优化虽然可以减小DEX文件体积，但也带来了一个问题：无法进行行号调试 。为了解决这个问题，我们需要对DEX文件进行Dex行号复原。

Dex行号复原时机

从DEX文件的生成过程来看，Dex行号复原时机可以分为编译期和运行期：

编译期复原 ：在DEX文件的生成阶段，也就是将Java源代码编译成DEX文件之前进行Dex行号复原。
运行期复原 ：在DEX文件的加载阶段，也就是将DEX文件加载到内存中之后进行Dex行号复原。

对于编译期复原，由于无法了解到所有的代码调用关系，所以可能会存在复原不彻底的情况，进而导致行号调试无法正常进行。而对于运行期复原，由于可以了解到所有的代码调用关系，所以可以进行更彻底的复原。因此，百度APP最终采用的就是运行期Dex行号复原方案。

Dex行号复原方案

百度APP采用的Dex行号复原方案主要分为两步：

第一步，生成复原映射表

复原映射表是指将DEX文件中的优化后的行号映射回Java源代码中的行号 。我们可以通过遍历DEX文件中的所有方法，并分析每个方法的调用关系来生成复原映射表。具体步骤如下：

对于每一个方法，我们遍历它的所有调用指令（invoke-virtual、invoke-super、invoke-direct、invoke-static、invoke-interface）。
对于每一个调用指令，我们获取被调用的方法的签名（类名、方法名、符）。
如果被调用的方法在DEX文件中不存在，则说明该调用指令对应的Dex行号无效，需要被复原。
我们将该调用指令对应的DEX行号与Java源代码中的行号添加到复原映射表中。

第二步，加载复原映射表

DEX文件加载到内存后，我们可以加载复原映射表，并通过复原映射表将优化后的Dex行号映射回Java源代码中的行号。具体步骤如下：

将复原映射表加载到内存中。
对于每一个方法，我们遍历它的所有调用指令（invoke-virtual、invoke-super、invoke-direct、invoke-static、invoke-interface）。
对于每一个调用指令，我们获取被调用的方法的签名（类名、方法名、描述符）。
如果被调用的方法在DEX文件中不存在，则说明该调用指令对应的Dex行号无效，需要被复原。
我们从复原映射表中获取该调用指令对应的Java源代码中的行号，并将其设置到调用指令中。