Android字节码优化工具redex初探

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背景

apk瘦身和启动时间优化是移动端开发性能优化中经常被提到的两个问题。apk瘦身的常规做法有，so文件大小优化，资源文件大小优化，代码量大小优化等。启动优化的常规做法有，启动页主题背景设置成闪屏页图片，一些初始化逻辑改为异步初始化等。
安居客app在以往的优化项目中也做过一些常规的apk瘦身和启动时间优化。我们为了有更好的优化效果，近期也开始调研一些其它的优化方案，redex是其中之一，看看能否可以跳出具体业务相关逻辑，对apk本身的dex进行优化。

什么是redex

redex是facebook的一个开源工具，官方的介绍是An Android Bytecode Optimizer，Android 字节码优化器。可以减小Android apk的大小和提高app启动速度。
Facebook公布的性能提升数据是，包大小减少25%上下，冷启动速度提升30%左右。这个优化空间还是比较令人心动的，但是应用到实际的项目中能带来多少性能上的提升，以及接入成本和上线后的稳定性是需要我们使用方自己去测试和评估的。

redex设计简介

1、优化基于dex
Android的编译过程中，Java源文件编译成class文件，再和三方库一起转换为dex文件。redex的优化是针对dex文件做优化。基于dex优化相对于基于源码优化的优点有：
 1）可以最大限度的进行全局、类与类之间的优化；
 2）可以类似于C语言编译过程中的link，对代码进行整合；

2、优化过程的管道设计
优化过程被设计成一系列独立“优化插件”，在优化管道中可以自由组合，即插即用。这样做的目的有：
 1）可以灵活加入新的优化项插件；
 2）各优化插件间互不影响，可以多个优化插件并行开发；
 3）支持使用者通过配置，选择需要的优化项；

优化管道设计

redex的优化方法

根据官方文档的说明，主要的优化项有以下几点：1、混淆和压缩
类似Android中的proguard，将字节码中的类名、方法名等替换成简短的字符串。2、内联函数
functionA->functionB->functionC，内联后变成functionA(包含functionB代码)->functionC，减少函数调用时间。3、删除代码
类似于标记回收算法，从某些入口函数可以遍历标记出可以访问到的方法，最后未标记到的方法可被移除。理论比较简单，但在 Android中还有反射，或者资源文件中对代码的引用等特殊情况需要考虑到。4、基于反馈的class分布
也就是可以对dex进行重组，根据使用方提供的app启动时加载的类序列配置文件调整dex中类的顺序，把app冷启动时需要加载的类，放到dex前部。5、删除接口
删除只有一个实现类的接口，直接使用实现类。
6、删除metadata
dex文件中的一些元数据在运行中并不会使用到。所以可以用dex中已有的字符串代替java源文件引用，删除运行时使用不到的注解。

如何使用

1、编译&安装
redex工具是需要自己编译安装的。我是macOS系统，编译的过程就踩了各种坑，gcc版本，Xcode Command Line Tools版本，各种依赖库等，就不再赘述。按照文档一步步来，遇到问题，解决问题就好，整个编译过程花费1个小时左右。

2、配置
redex的默认优化项包括了上个章节列举的优化方法。

默认优化配置项

3、Interdex优化项
Interdex这个进阶优化项是需要使用方额外配置的。优化的方法是根据app冷启动时需要加载的类，调整dex中类的顺序。此项配置需要提供app启动时加载的类序列。redex中提供了python脚本，分析app启动时dump下来的hprof文件，得到类序列。实际在使用的过程中各种报错。翻看issue，发现这个脚本应该很久没有维护了。放弃使用脚本，通过替换掉app的ClassLoader来获取app启动时加载的类。

替换ClassLoader

4、签名和对齐
redex处理后的apk，需要重新签名，zipalign对齐。

对安居客app的优化结果

Facebook公布的性能提升数据是，包大小减少25%上下，冷启动速度提升30%左右。应用到具体的项目上，这个优化结果是什么呢。经过测试，对安居客app做了默认优化+Interdex优化后，包大小以及冷启动速度优化如下：

1、包大小
debug apk包大小减小10%，release apk包大小只减少100KB。悲催的发现，redex对包大小的优化效果并不明显，尤其是混淆后的release apk，优化效果更是非常小（100KB左右）。

2、启动速度
测试发现4.X系统上冷启动速度提升20%左右，5.0+系统上冷启动速度没有明显变化（测试手机样本有限，后续继续研究）。从结果上看，4.X系统上的冷启动优化较为明显。但是线上4.X用户的占比非常少。所以这个优化的结果也并不令人满意。
猜测4.X系统上冷启动速度提升较大的原因是，Interdex把启动时需要的类都前置到主dex中。这样apk安装的过程中，dexopt时，主dex中满足pre-verify的类会增多。安装时做了校验和优化，启动时减少了类加载的时间。但是5.0+系统的Art虚拟机采用了新的方式，所以对启动速度没有明显的优化效果。

总结

redex的接入成本比较高，这个成本包括对现有打包流程和热修复流程的影响，上线后的稳定性，以及问题排查的难易程度。接入成本对比优化结果看，接入是低性价比的，所以目前是放弃直接接入到项目中使用的。
redex虽然接入到成熟的app中有很多坑，但依然是一个很好的开源项目。通过调研redex，发现其中单个的优化项可以再去发掘应用，比如Interdex优化项，就可以在项目打包编译的过程中，修改dex分包逻辑，把app冷启动时需要加载的类，放到主dex中。

参考文献

1、redex 官方文档：

https://fbredex.com/
2、Open-sourcing ReDex: Making Android apps smaller and faster：

https://engineering.fb.com/android/open-sourcing-redex-making-android-apps-smaller-and-faster/
3、Optimizing Android bytecode with ReDex：

https://engineering.fb.com/android/optimizing-android-bytecode-with-redex/