Android分包MultiDex原理詳解

MultiDex的產生背景   

當Android系統安裝一個應用的時候，有一步是對Dex進行優化，這個過程有一個專門的工具來處理，叫DexOpt。DexOpt的執行過程是在第一次加載Dex文件的時候執行的。這個過程會生成一個ODEX文件，即Optimised Dex。執行ODex的效率會比直接執行Dex文件的效率要高很多。

但是在早期的Android系統中，DexOpt有一個問題，DexOpt會把每一個類的方法id檢索起來，存在一個鏈表結構裏面。但是這個鏈表的長度是用一個short類型來保存的，導致了方法id的數目不能夠超過65536個。當一個項目足夠大的時候，顯然這個方法數的上限是不夠的。儘管在新版本的Android系統中，DexOpt修復了這個問題，但是我們仍然需要對低版本的Android系統做兼容。

爲了解決方法數超限的問題，需要將該dex文件拆成兩個或多個，爲此谷歌官方推出了multidex兼容包，配合AndroidStudio實現了一個APK包含多個dex的功能。

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MultiDex的簡要原理

我們以APK中有兩個dex文件爲例，第二個dex文件爲classes2.dex。

1. 兼容包在Applicaion實例化之後，會檢查系統版本是否支持 multidex，classes2.dex是否需要安裝。
2. 如果需要安裝則會從APK中解壓出classes2.dex並將其拷貝到應用的沙盒目錄下。
3. 通過反射將classes2.dex注入到當前的classloader中。

下面引入一下官方的文檔。

https://developer.android.com/tools/building/multidex.html#about 
筆者，針對官方文檔的翻譯如下：

構建超過65K方法的App

隨着Android設備的慢慢發展，App的大小會變得越來越大。當我們在開發App的時候由於報的大小和引用庫的原因，我們在編譯我們項目的時候通常會遇到下面一個錯誤：

 Conversion to Dalvik format failed: Unable to execute dex: method ID not in [0, 0xffff]: 65536

當然，也有一些系統設備會出現以下log信息，不過反饋的是同一個問題：

trouble writing output:
Too many field references: 131000; max is 65536.
You may try using --multi-dex option.

這兩個錯誤條件顯示一個共同的數字：65536。這個數字，它表示的是你在一個dex包中的函數方法超過了65535個。

如果你已經構建了一個Android App時，並收到了這個錯誤，那麼恭喜你，你有很多代碼！

下面我們就具體說說，如何解決這個問題。

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關於65K方法限制

我們知道Android中的可執行偉劍都存儲在dex文件中，其中包含已編譯的代碼來運行你的應用程序。Dalvik虛擬機對可執行dex文件的規格是有方法限制的，即一個單一的dex文件的方法總數最多爲65536。

其中包括：

• 引用的Android Framework方法
• library的方法
• 我們自己書寫代碼的方法。

爲了突破這個方法數的限制，我們就提出了一個方案——生成多個dex文件。這個多個dex文件的方案，我們又稱爲multidex方案配置。

Multidex支持Android 5.0之前的版本 
    Android5.0版本的平臺之前，Android使用的是Dalvik Runtime執行的程序代碼。默認情況下，限制應用到一個單一的classes.dex。

Dalvik字節碼文件每APK。爲了繞過這個限制，你可以使用multidex支持庫，成爲你的應用程序的主要部分和DEX文件進行管理，獲得額外的dex文件，它們包含的代碼。

Multidex支持Android 5.0及更高版本 
    Android 5.0和更高的Runtime 如art，本身就支持從應用的APK文件加載多個DEX文件。art支持預編譯的應用程序在安裝時掃描類（..）。Dex文件編譯成一個單一的Android設備上執行.oat文件。

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避免65K限制

當你確定使用multidex的分包策略的時候，請你先確定自己的代碼中都是優秀的。你還需要做以下幾步：

• 去掉一些未使用的import和library
• 使用ProGuard去掉一些未使用的代碼

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用Gradle配置使用Multidex

Android 的 Gradle插件在 Android Build Tool 21.1開始就支持使用multidex了。

設置你的應用程序開發項目中使用multidex配置，要求你做出一些修改您的應用程序開發項目。：

• 修改Gradle的配置，支持multidex
• 修改你的manifest。讓其支持multidexapplication類

修改Gradle的build如下：

android {
    compileSdkVersion 21
    buildToolsVersion "21.1.0"

    defaultConfig {
        ...
        minSdkVersion 14
        targetSdkVersion 21
        ...

        // Enabling multidex support.
        multiDexEnabled true
    }
    ...
}

dependencies {
  compile ‘com.android.support:multidex:1.0.0‘
}

Tips: 你可以在Gradle配置文件中的 multiDexEnabled 在 defaultConfig、 
buildType、productFlavor選項設置。

在manifest文件中，添加MultidexApplication Class的引用，如下所示：

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<manifest xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    package="com.example.android.multidex.myapplication">
    <application
        ...
        android:name="android.support.multidex.MultiDexApplication">
        ...
    </application>
</manifest>

當然，如果你重寫了 Application，就對自定義Application的繼承方式做一個修改。

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Multidex的方式的侷限性

雖然我們開起來multidex是一個極好的東西，但是multidex還是存在自己的侷限性，我們在開發測試之前要清楚侷限性是什麼：

1. 如果二DEX文件太大，安裝分割dex文件是一個複雜的過程，可能會導致應用程序無響應（ANR）的錯誤。在這種情況下，你應該儘量的減小dex文件的大小和刪除無用的邏輯，而不是完全依賴於multidex。
2. 在Android 4.0設備（API Level 14）之前，由於Dalvik linearalloc bug（問題22586），multidex很可能是無法運行的。如果希望運行在Level 14之前的Android系統版本，請先確保完整的測試和使用。
3. 應用程序使用了multiedex配置的，會造成使用比較大的內存。當然，可能還會引起dalvik虛擬機的崩潰(issue 78035)。
4. 對於應用程序比較複雜的，存在較多的library的項目。multidex可能會造成不同依賴項目間的dex文件函數相互調用，找不到方法。

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優化multidex開發和構建

一個multidex的配置，對系統apk的構建、簽名、打包複雜性大大的增加。這就意味着，你每一次的構建過程都是相當耗時的。

爲了加快我們的開發速度，加快構建的過程，我們可以在Gradle productFlavors新建出來一個 development flavor 和 production flavor 來滿足我們不同構建需求。

下面是一個列子演示我們如何設置這些flavors在Gradle build文件中:

android {
    productFlavors {
        // Define separate dev and prod product flavors.
        dev {
            // dev utilizes minSDKVersion = 21 to allow the Android gradle plugin
            // to pre-dex each module and produce an APK that can be tested on
            // Android Lollipop without time consuming dex merging processes.
            minSdkVersion 21
        }
        prod {
            // The actual minSdkVersion for the application.
            minSdkVersion 14
        }
    }
          ...
    buildTypes {
        release {
            runProguard true
            proguardFiles getDefaultProguardFile(‘proguard-android.txt‘),
                                                 ‘proguard-rules.pro‘
        }
    }
}
dependencies {
  compile ‘com.android.support:multidex:1.0.0‘
}

在你完成了傷處的配置修改之後，你配置productFlavor 和 buildType來使用 ，devDebug 變種app。使用這些變種app，可以設置proguard disable、multidex enable方便我們測試。

這些配置需要針對Android Gradle插件做如下操作：

1. 在分包前，編譯應用程序中的每一個module包括依賴項目，這個步驟稱爲 pre-dexing。
2. include每一個dex文件
3. 最重要的是，對於主dex文件，不會做切分。以保證計算速度。

這樣設置既能夠保證我們的最終報是一個使用了multidex模式的，而又不影響我們平時開發的測試效率。

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在Android Studio中使用變種App

使用multidex工具構建變種App是非常方便的。在Android Studio允許我們選擇這種變種構建方式的接口。

使用Android Studio構建 “devDebug”構建變種app需要完成兩步：

• 打開變種編輯窗口，選擇favorites選項。
• 點擊編譯不同的變種，如下圖所示