安卓动态链接库文件体积优化探索实践

京东云开发者
• 阅读 5

作者：CCO体系 尚红泽

背景介绍

应用安装包的体积影响着用户下载量、安装时长、用户磁盘占用量等多个方面，据Google Play统计，应用体积每增加6MB，安装的转化率将下降1%。

安卓动态链接库文件体积优化探索实践

安装包的体积受诸多方面影响，针对dex、资源文件、so文件都有不同的优化策略，在此不做一一展开，本文主要记录了在研发时针对动态链接库的文件体积裁剪优化方案。

我开发的链接库使用rust语言开发，通过安卓jni接口实现java层和native层之间的相互调用。为什么使用rust主要有以下几个方面的考虑：

1.稳。安卓的JNI接口调用复杂，又涉及到native层的内存管理，随着代码量的增加，代码的安全稳定性会受到很大的挑战。使用rust开发，开发者几乎不需要考虑GC的问题，只要开发的时候按照规范老老实实写代码并且通过了编译器的检查，基本上就很难把程序写崩，这一点在代码上线后也确实得到了验证。

2.安全。传统使用C、C++开发的代码编译完成以后，如果不加保护，很容易使用反汇编工具破解，市面上比较成熟的工具如IDA、ghidra等都可以将汇编代码还原到高级语言。使用rust编译的产物，内部函数间的调用规约和传统都不一样，目前市面上还没有相对完善的反编译工具，软件的防破解能力直接上升一个数量级。

但是使用rust有一个非常明显的缺点就是编译产物体积过大。在不修改默认的rust编译选项的情况下，仅开启strip的情况下，我的动态库体积达到了495k。

优化方案

参考网上前人的经验，依次进行了以下优化方式。

调整优化等级

默认的编译优化等级是O3，该优化的目的提高代码的运行速度，但是与此同时会对部分循环进行展开，体积造成膨胀。在此我们以缩减体积为目标，将优化选项改为z，表示生成最小二进制体积：

[profile.release]
opt-level = 'z'

优化后前后体积变化

编译选项 体积
strip 495k
strip + opt-level = 'z' 437k

开启LTO

LTO（Link Time Optimization）可以在链接时消除冗余代码，减小二进制体积——代价是更长的链接时间。

Cargo.toml
[profile.release]
opt-level = 'z'
lto = true

优化后前后体积变化

编译选项 体积
strip 495k
strip + opt-level = 'z' 437k
strip + opt-level = 'z' + lto 436k

优化效果非常不明显，聊胜于无。

Panic立刻终止

rust默认的panic会在崩溃时进行栈回溯，方便定位问题。然而会带来额外的体积增加，将这一功能使用abort替代。

[profile.release]
opt-level = 'z'
lto = true
panic = 'abort'

优化后前后体积变化

编译选项 体积
strip 495k
strip + opt-level = 'z' 437k
strip + opt-level = 'z' + lto 436k
strip + opt-level = 'z' + lto + panic = 'abort' 366K

到目前为止，常规的优化手段已经用完了，后续优化需要配合一些代码的额外变动。

使用rust分析工具bloat对产物进行分析，结果如下：

File  .text     Size Crate
4.1%  69.0% 192.7KiB std
1.0%  16.8%  46.9KiB jdmp
0.5%   8.1%  22.7KiB [Unknown]
0.2%   3.8%  10.5KiB jni
0.0%   0.5%   1.5KiB cesu8
0.0%   0.4%   1.1KiB adler32
0.0%   0.3%     904B bytes
0.0%   0.2%     640B aho_corasick
0.0%   0.2%     588B regex_syntax
0.0%   0.2%     572B regex_automata
0.0%   0.2%     440B log
0.0%   0.1%     304B memchr
0.0%   0.0%      52B combine
0.0%   0.0%       8B jni_sys

让我感到惊讶的是我的核心代码jdmp模块只占了46.9k，为此要额外引入几百k的额外开销！

移除一些无用字符串

在引入的第三方依赖里，开发者自己添加了很多字符串信息，大部分是用来完善提供运行时报错信息。通过修改、精简这些依赖库，删除无用代码，又可以省出一部分空间来。

同时，上面的优化尽管使用abort替代了panic，rust编译器仍然会生出一些格式化的字符串，使用panic_immediate_abort这个编译选项禁用这个行为。

.cargo/config.toml
[unstable]
build-std-features = ["panic_immediate_abort"]
build-std = ["std","panic_abort"]

优化后前后体积变化

编译选项 体积
strip 495k
strip + opt-level = 'z' 437k
strip + opt-level = 'z' + lto 436k
strip + opt-level = 'z' + lto + panic = 'abort' + 代码裁减 + panic_immediate_abort 135k

再次分析，整个文件的体积已经降到了135k，自己开发的核心代码占总代码量的52%，基本符合预期。

 File  .text    Size Crate
14.2%  52.0% 41.3KiB jdmp
 3.2%  11.7%  9.3KiB core
 3.1%  11.4%  9.1KiB jni
 3.0%  11.0%  8.8KiB [Unknown]
 1.9%   6.8%  5.4KiB std
 0.9%   3.3%  2.6KiB alloc
 0.3%   1.1%    936B cesu8
 0.3%   1.0%    792B adler32
 0.1%   0.5%    372B aho_corasick
 0.1%   0.4%    316B regex_automata
 0.1%   0.3%    220B log
 0.1%   0.3%    216B hashbrown
 0.0%   0.1%    108B bytes
 0.0%   0.1%     44B combine
 0.0%   0.1%     44B rustc_demangle
 0.0%   0.0%      8B compiler_builtins
 0.0%   0.0%      8B jni_sys

优化linker script

尽管目前文件体积已经相比一开始优化了不少，但是还没有达到接入要求。通过readelf进一步分析ELF文件的各个section，我找到了一些额外的优化空间。

$ aarch64-linux-gnu-readelf -S target/aarch64-linux-android/release/libjdmp.so
There are 24 section headers, starting at offset 0x21738:

Section Headers:
  [Nr] Name              Type             Address           Offset
       Size              EntSize          Flags  Link  Info  Align
  [ 0]                   NULL             0000000000000000  00000000
       0000000000000000  0000000000000000           0     0     0
  [ 1] .note.android.ide NOTE             0000000000000270  00000270
       0000000000000098  0000000000000000   A       0     0     4
  [ 2] .dynsym           DYNSYM           0000000000000308  00000308
       00000000000002e8  0000000000000018   A       7     1     8
  [ 3] .gnu.version      VERSYM           00000000000005f0  000005f0
       000000000000003e  0000000000000002   A       2     0     2
  [ 4] .gnu.version_r    VERNEED          0000000000000630  00000630
       0000000000000040  0000000000000000   A       7     2     4
  [ 5] .gnu.hash         GNU_HASH         0000000000000670  00000670
       0000000000000024  0000000000000000   A       2     0     8
  [ 6] .hash             HASH             0000000000000694  00000694
       0000000000000100  0000000000000004   A       2     0     4
  [ 7] .dynstr           STRTAB           0000000000000794  00000794
       000000000000014d  0000000000000000   A       0     0     1
  [ 8] .rela.dyn         RELA             00000000000008e8  000008e8
       00000000000007f8  0000000000000018   A       2     0     8
  [ 9] .rela.plt         RELA             00000000000010e0  000010e0
       00000000000002a0  0000000000000018  AI       2    19     8
  [10] .rodata           PROGBITS         0000000000001380  00001380
       0000000000001d83  0000000000000000  AM       0     0     8
  [11] .eh_frame_hdr     PROGBITS         0000000000003104  00003104
       0000000000002494  0000000000000000   A       0     0     4
  [12] .eh_frame         PROGBITS         0000000000005598  00005598
       00000000000078cc  0000000000000000   A       0     0     8
  [13] .text             PROGBITS         000000000000de64  0000ce64
       0000000000013e0c  0000000000000000  AX       0     0     4
  [14] .plt              PROGBITS         0000000000021c70  00020c70
       00000000000001e0  0000000000000000  AX       0     0     16
  [15] .data.rel.ro      PROGBITS         0000000000022e50  00020e50
       0000000000000430  0000000000000000  WA       0     0     8
  [16] .fini_array       FINI_ARRAY       0000000000023280  00021280
       0000000000000010  0000000000000008  WA       0     0     8
  [17] .dynamic          DYNAMIC          0000000000023290  00021290
       0000000000000180  0000000000000010  WA       7     0     8
  [18] .got              PROGBITS         0000000000023410  00021410
       0000000000000048  0000000000000000  WA       0     0     8
  [19] .got.plt          PROGBITS         0000000000023458  00021458
       00000000000000f8  0000000000000000  WA       0     0     8
  [20] .data             PROGBITS         0000000000024550  00021550
       0000000000000060  0000000000000000  WA       0     0     8
  [21] .bss              NOBITS           00000000000245b0  000215b0
       0000000000000101  0000000000000000  WA       0     0     8
  [22] .comment          PROGBITS         0000000000000000  000215b0
       00000000000000b2  0000000000000001  MS       0     0     1
  [23] .shstrtab         STRTAB           0000000000000000  00021662
       00000000000000d3  0000000000000000           0     0     1

在对这些section进行优化时，有必要搞清楚每个section在程序运行的作用。

section 作用
.text 代码段
.data .rodata .bss 数据段
.plt .got .dynamic .dynsym .rela.dyn .rela.plt .shstrtab 运行时被动态链接库解析，用于动态链接。
.eh_frame .eh_frame_hdr 用于保存函数的栈帧偏移，方便栈回溯
.gnu.hash .gnu.version .gnu.version_r .hash 保存编译文件元信息

程序在正常运行时，代码段、数据段必不可少，同时需要保留动态链接需要的section。剩余的section可以移除，可以进一步优化文件体积。值得注意到是，删除.eh_frame .eh_frame_hdr后，在程序崩溃时只能得到一个崩溃地址，无法进行栈回溯。

创建一个linker script，只保留程序运行最小依赖的section。

PHDRS
{
  headers PT_PHDR PHDRS ;
  text PT_LOAD FILEHDR PHDRS ;
  data PT_LOAD ;
  dynamic PT_DYNAMIC ;
}
ENTRY(Reset);
EXTERN(RESET_VECTOR); 
SECTIONS
{
  . = SIZEOF_HEADERS;
  .text : { *(.text .text.*) } :text
  .rodata : { *(.rodata .rodata.*) } :text

  . = . + 0x1000;
  .data : { *(.data .data.*) *(.fini_array .fini_array.*) *(.got .got.*) *(.got.plt .got.plt.*) } : data
  .bss : {*(.bss .bss.*)} : data
  .dynamic : { *(.dynamic .dynamic.*)  } :data :dynamic

  /DISCARD/ :
  {
    *(.ARM.exidx .ARM.exidx.*);
    *(.gnu.version .gnu.version.*);
    *(.gnu.version_r .gnu.version_r.*);
    *(.eh_frame_hdr .eh_frame .eh_frame_hdr.* .eh_frame.* );
    *(.note.android.ident .note.android.ident.*);
    *(.comment .comment.*);
  }
}

修改编译参数，替换默认的linker script

.cargo/config.toml

[build]
target = ["aarch64-linux-android","armv7-linux-androideabi"]

[unstable]
build-std-features = ["panic_immediate_abort"]
build-std = ["std","panic_abort"]

[target.aarch64-linux-android]
rustflags = ["-C", "link-arg=-Tlinker.lds"]

[target.armv7-linux-androideabi]
rustflags = ["-C", "link-arg=-Tlinker.lds"]

经过一番操作，程序的体积最终裁减到了95k！完美符合要求。

总结

编译选项 体积
strip 495k
strip + opt-level = 'z' 437k
strip + opt-level = 'z' + lto 436k
strip + opt-level = 'z' + lto + panic = 'abort' + 代码裁减 + panic_immediate_abort 135k
strip + opt-level = 'z' + lto + panic = 'abort' + 代码裁减 + panic_immediate_abort + 移除section 95k
软件开发
点赞
收藏
评论区
推荐文章
Dax Dax
•
3年前
前端性能优化
前端性能优化1、减少资源的请求次数和大小压缩合并js和css文件，减少http请求次数和请求资源的大小；在项目中使用webpackglup等打包编译工具2、尽量使用字体图标或者svg图标代替传统的png（jpg）图渲染更快，减少代码体积，且放大不会出现变形等3、使用图片懒加载目的是减少页面第一次加载的http请求次数，实现思路：
1327
0
0
Stella981 Stella981
•
3年前
SpringBoot 配置文件与依赖库分离打包配置
一、应用场景一般情况下我们对springboot应用打包时使用springboot的maven插件springbootmavenplugin的maven进行打包，打包完成得到一个fatjar，fatjar的优点是可以直接运行，缺点是体积太大，不利于传输，springboot应用打出来的fatjar体积少则几十M，多则上百M，在往服务器部署传
855
0
0
Stella981 Stella981
•
3年前
Android So动态加载 优雅实现与原理分析
背景:漫品Android客户端集成适配转换功能(基于目标识别(So库35M)和人脸识别库(5M)),导致apk体积50M左右,为优化客户端体验,决定实现So文件动态加载.!(https://oscimg.oschina.net/oscnet/00d1ff90e4b34869664fef59e3ec3fdd20b.png)点击上方“蓝字”关注我
1849
0
0
Stella981 Stella981
•
3年前
Delphi XE10 精简 支持 Android 、 IOS 跨平台开发
版本说明：由于 XE5 时代 Delphi 安装体积急剧膨胀（完整安装接近 10G，程序文件、安装缓存超过 20G），按照过去的方式打包，XE5 的 lite 体积 1.xG，接近 PE image 理论极限，而且当前 XE5 支持 x86、x64、osx、ios、android、等诸多平台功能，不好按照网友的口味进行裁剪（win32only、
1050
0
0
Stella981 Stella981
•
3年前
Gitee 存储库体积控制策略
前言作为全球Top2的代码托管平台之一，Gitee拥有350W用户和600W存储库，海量的存储库对Gitee的硬件设施提出了更高的要求，以600W存储库为例，如果按照平均1GB的大小磁盘体积，这些存储库将需要总共5860TB的空间，按照Gitee每台存储磁盘14TB，则需要419台存储设备。实际上在Gite
650
0
0
京东云开发者 京东云开发者
•
9个月前
安卓动态链接库文件体积优化探索实践
背景介绍应用安装包的体积影响着用户下载量、安装时长、用户磁盘占用量等多个方面，据，应用体积每增加6MB，安装的转化率将下降1%。安装包的体积受诸多方面影响，针对dex、资源文件、so文件都有不同的优化策略，在此不做一一展开，本文主要记录了在研发时针对动态链
208
0
0
京东云开发者 京东云开发者
•
1年前
插件化工程R文件瘦身技术方案 | 京东云技术团队
随着业务的发展及版本迭代，客户端工程中不断增加新的业务逻辑、引入新的资源，随之而来的问题就是安装包体积变大，前期各个业务模块通过无用资源删减、大图压缩或转上云、AB实验业务逻辑下线或其他手段在降低包体积上取得了一定的成果。
289
0
0
绣鸾 绣鸾
•
1年前
Mac系统优化软件CleanMyMac X
CleanMyMacX是一款Mac系统清理和优化软件，它可以帮助用户清理垃圾文件、卸载无用应用程序、优化系统性能等。以下是CleanMyMacX的主要特点：1.系统清理：CleanMyMacX可以清理Mac系统中的垃圾文件、缓存文件、日志文件等，释放磁盘空
322
0
0
绣鸾 绣鸾
•
1年前
CleanMyMac X for mac(v4.14.3)
是一款Mac系统清理和优化软件，它可以帮助用户清理垃圾文件、卸载无用应用程序、优化系统性能等。以下是CleanMyMacX的主要特点：1.系统清理：CleanMyMacX可以清理Mac系统中的垃圾文件、缓存文件、日志文件等，释放磁盘空间，提高系统性能。2.
306
0
0
京东云开发者 京东云开发者
•
1年前
iOS APP包分析工具 | 京东云技术团队
分享一款用于分析iOSipa包的脚本工具，使用此工具可以自动扫描发现可修复的包体积问题，同时可以生成包体积数据用于查看。这块工具我们团队内部已经使用很长一段时间，希望可以帮助到更多的开发同学更加效率的优化包体积问题。
239
0
0
京东云开发者
京东云开发者
Lv1
最懂产业的云
文章
1.5k
粉丝
57
获赞
483
热门文章
KVC原理与数据筛选
Function源码解析与实践
观察者模式在spring中的应用
单体分层应用架构剖析
责任链和策略设计模式-基于Java编程语言