Android | 代码混淆到底做了什么？ - android

前言

代码混淆对于每个入门的 Android 工程师来说都不会太陌生，因为在编译正式版本时，这是一个必不可少的过程。而且使用代码混淆也相当简单，简单到只需要配置一句minifyEnabled true。但是你是否理解混淆的原理，如果问你代码混淆到底做了什么，你会怎么说？

系列文章

Android | 代码混淆到底做了什么？
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1、混淆编译器

如果以混淆编译器来划分的话，Android 代码混淆可以分为以下两个时期：

ProGuard：一个通用的 Java 字节码优化工具，由比利时团队 GuardSquare 开发
R8：ProGuard 的继承者，专为 Android 设计，在编译性能上更优秀

下图梳理了它们随着 Android Gradle Plugin 版本迭代相应做出的变更：

Android Gradle Plugin 版本迭代

其中，混淆编译器的变更：

远古： ProGuard
3.2.0：ProGuard（默认），R8（引入）
3.4.0：R8（默认）

其中：DEX编译器的变更：

远古： DX
3.0.0：DX（默认），D8（引入）
3.1.0：D8（默认）

如果需要修正 Android Gradle Plugin 的默认行为，可以在gradle.properties中添加配置：

启用与禁用 R8

# 显式启用 R8android.enableR8 = true

# 1. 只对 Android Library module 停用 R8 编译器android.enableR8.libraries = false# 2. 对所有 module 停用 R8 编译器android.enableR8 = false

启用与禁用 D8

# 显式启用 D8android.enableD8 = true

# 显式禁用 D8android.enableD8 = false

另外，如果在应用模块的 build.gradle 文件中设置useProguard = false，也会使用 R8 编译器代替 ProGuard。

2、四大功能

ProGuard 与它的继承者 R8 都提供了压缩（shrinker）、优化（optimizer）、混淆（obfuscator）、预校验（preverifier）四大功能：

压缩（也称为摇树优化，tree shaking）：从应用及依赖项中移除未使用的类、方法和字段，有助于规避64方法数的瓶颈
优化：通过代码分析移除更多未使用的代码，甚至重写代码
混淆：使用无意义的简短名称重命名类、方法和字段，增加逆向难度
预校验：对于面向 Java 6 或者 Java 7 JVM 的 class 文件，编译时可以把预校验信息添加到类文件中（StackMap 和 StackMapTable属性），从而加快类加载效率。预校验对于 Java 7 JVM 来说是必须的，但是对于 Android 平台无效

使用 ProGuard 时，部分编译流程如下图所示：

ProGuard 对 .class 文件执行代码压缩、优化与混淆
D8 编译器执行脱糖，并将 .class 文件转换为 .dex文件

使用ProGuard的部分编译流程

使用 R8 时，部分编译流程如下图所示：

R8 将脱糖（Desugar）、压缩、优化、混淆和 dex（D8 编译器）整合到一个步骤
R8 对 .class 文件执行代码压缩、优化与混淆
D8 编译器执行脱糖，并将 .class 文件转换为 .dex文件

使用R8的编译流程

对比以下 ProGuard 与 R8 ：

共同点：
1、开源
2、R8 支持所有现有 ProGuard 规则文件
3、都提供了四大功能：压缩、优化、混淆、预校验
不同点：
1、ProGuard 可用于 Java 项目，而 R8 专为 Android 项目设计
2、R8 将脱糖（Desugar）、压缩、优化、混淆和 dex（D8 编译器）整合到一个步骤中，显着提高了编译性能

关于 D8 编译器

将 .class 字节码转化为 .dex 字节码的过程被称为 DEX 编译，最初是由DX 编译器完成。与 DX 编译器相比，新的 D8 编译器的编译速度更快，输出的 .dex 文件更小，却能保持相同乃至更出色的应用运行时性能

3、使用示例

无论使用R8还是ProGuard，默认不会启用压缩、优化和混淆功能。这个设计主要是出于两方面考虑：一方面是因为这些编译时任务会增加编译时间，另一方面是因为如果没有充分定义混淆保留规则，还可能会引入运行时错误。因此，最好只在应用的测试版本和发布版本中启用这些编译时任务，参考使用示例：

// build.gradle...android {  buildTypes {    // 测试版本    preview {      // 启用代码压缩、优化和混淆（由R8或者ProGuard执行）      minifyEnabled true      // 启用资源压缩（由Android Gradle plugin执行）      shrinkResources true      // 指定混淆保留规则文件      proguardFiles getDefaultProguardFile('proguard-android-optimize.txt'), 'proguard-rules.pro'    }     // 发布版本    release {      minifyEnabled true      shrinkResources true      proguardFiles getDefaultProguardFile('proguard-android-optimize.txt'), 'proguard-rules.pro'    }    // 开发版本    debug{      minifyEnabled false    }  }...}

minifyEnabled：（默认情况下）启用代码压缩、优化、混淆与预校验
shrinkResources：启用资源压缩

proguardFiles、proguardFile：指定 ProGuard 规则文件，前者可以指定多个参数。下面两段配置的作用是一样的。

// 方式一：proguardFiles getDefaultProguardFile('proguard-android-optimize.txt'), 'proguard-rules.pro'// 方式二：proguardFile getDefaultProguardFile('proguard-android-optimize.txt')proguardFile 'proguard-rules.pro'

前面提到了：无论使用R8还是ProGuard，压缩、优化和混淆功能都是默认关闭的。通过以下配置可以灵活控制：

整体关闭

minifyEnabled false// 这行就没有效果了proguardFiles getDefaultProguardFile('proguard-android-optimize.txt'), 'proguard-rules.pro'

关闭压缩

-dontshrink

关闭优化（R8 无效）

-dontoptimize

注意：R8 不能关闭优化，也不允许修改优化的行为，事实上，R8 会忽略修改默认优化行为的规则。例如设置 -optimizations 和 -optimizationpasses后会得到编译时警告：

AGPBI: {"kind":"warning","text":"Ignoring option: -optimizations","sources":[{"file":"省略..."}],"tool":"D8"}AGPBI: {"kind":"warning","text":"Ignoring option: -optimizationpasses","sources":"省略..."}],"tool":"D8"}

关闭混淆（建议在开发版本关闭混淆）

-dontobfuscate

关闭预校验（对 Android 平台无效，建议关闭）

-dontpreverify

4、ProGuard 规则文件

R8 延续了 ProGuard 使用规则文件修改默认行为的做法。在很多时候，规则文件也被称为混淆保留规则文件，这是因为该文件内定义的绝大多数规则都是和代码混淆相关的。事实上，文件内还可以定义代码压缩、优化和预校验规则，因此称为 ProGuard 规则文件比较严谨。

在上一节里，我们提到了使用proguardFiles和proguardFile指定 ProGuard 规则文件。对于任何一个项目，它的 ProGuard 规则文件有以下三种来源：

1、Android Gradle 插件
在编译时，Android Gradle 插件会生成 proguard-android-optimize.txt、 proguard-android.txt，位置在/build/intermediates/proguard-files/。这两个文件中除了注释之外，唯一的区别是前者启用了如下代码压缩，而后者关闭了代码压缩，如下所示：

# proguard-android-optimize.txt-optimizations !code/simplification/arithmetic,!code/simplification/cast,!field/*,!class/merging/*-optimizationpasses 5-allowaccessmodification相同部分省略...

# proguard-android.txt-dontoptimize相同部分省略...

其中相同的那部分混淆规则中，下面这一部分是比较特殊的：

-keep class android.support.annotation.Keep-keep class androidx.annotation.Keep// 保留@Keep注解的类，保留...TODO-keep @android.support.annotation.Keep class * {*;}-keep @androidx.annotation.Keep class * {*;}// 保留@Keep修饰的方法-keepclasseswithmembers class * {    @android.support.annotation.Keep ;}-keepclasseswithmembers class * {    @androidx.annotation.Keep ;}// 保留@Keep修饰的字段-keepclasseswithmembers class * {    @android.support.annotation.Keep ;}-keepclasseswithmembers class * {    @androidx.annotation.Keep ;}// 保留@Keep修饰的构造方法-keepclasseswithmembers class * {    @android.support.annotation.Keep (...);}-keepclasseswithmembers class * {    @androidx.annotation.Keep (...);}

它指定了与@Keep注解相关的所有保留规则，这里就解释了为什么使用@Keep修饰的成员不会被混淆了吧？

2、Android Asset Package Tool 2 (AAPT2)
在编译时，AAPT2 会根据对 Manifest 中的类、布局及其他应用资源的引用来生成aapt_rules.txt，位置在/build/intermediates/proguard-rules/debug/aapt_rules.txt。
例如，AAPT2 会为 Manifest 中注册的每个组件添加保留规则：
```
Referenced at [项目路径]/app/build/intermediates/merged_manifests/release/AndroidManifest.xml:19-keep class com.have.a.good.time.MainActivity { (); }省略...
```
在这里，AAPT2 生成了MainActivity的保留规则，同时它还指出了引用出处：AndroidManifest.xml:19。这是因为启动 Activity 的过程中，需要使用反射的方式实例化具体的每一个 Activity ，有兴趣可以看下 ActivityThread#performLaunchActivity() -> Instrumentation#newActivity()

3、Module
创建新 Module 时，IDE 会在该模块的根目录中创建一个 proguard-rules.pro 文件。当然，除了这个自动生成的文件，还可以按需创建额外的规则文件。例如，下面的配置对 release 添加了额外的规则文件：

...android {  ...  buildTypes {    release {      minifyEnabled true      proguardFiles getDefaultProguardFile('proguard-android-optimize.txt'), 'proguard-rules.pro'    }  }  productFlavors {    dev{      ...    }    release{      proguardFile 'release-rules.pro'    }  }}...

小结一下：

规则文件来源	描述
Android Gradle 插件	在编译时，由 Android Gradle 插件生成
AAPT2	在编译时，AAPT2 根据对应用清单中的类、布局及其他应用资源的引用来生成保留规则
Module	创建新 Module 时，由 IDE 创建，或者另外按需创建

如果将 minifyEnabled 属性设为 true，ProGuard 或 R8 会将来自上面列出的所有可用来源的规则组合在一起。为了看到完整的规则文件，可以在proguard-rules.pro 中添加以下配置，输出编译项目时应用的所有规则的完整报告：

-printconfiguration build/intermediates/proguard-files/full-config.txt

5、组件化混淆

在组件化的项目中，需要注意应用 Module 和 Library Module 的行为差异和组件化的资源汇合规则，总结为以下几个重点：

编译时会依次对各层 Library Module进行编译，最底层的 Base Module 会最先被编译为 aar 文件，然后上一层编译时会将依赖 Module 输出的 aar 文件/ jar 文件解压到模块的 build 中相应的文件夹中
App Module 这一层汇总了全部的 aar 文件后，才真正开始编译操作
后编译的 Module 会覆盖之前编译的 Module 中的同名资源

组件化资源汇总

Lib Module 汇总到 App Module

使用较高版本的 Android Gradle Plugin，不会将汇总的资源放置在 exploded-aar文件夹。即便如此，Lib Module 的资源汇总到 App Module 的规则是一样的。

我们通过一个简单示例测试不同配置下的混淆结果：

	配置一	配置二	配置三	配置四
App Module 开启混淆	X	X	√	√
Base Module 开启混淆	X	√	X	√

示例程序：App Module 依赖了 Base Module

将构建的 apk 包拖到 Android Studio 面板上即可分析 Base 类混淆结果，例如配置一的结果：

使用配置一时，Base 类没有被混淆

全部测试结果如下：

	配置一	配置二	配置三	配置四
App Module 开启混淆	X	X	√	√
Base Module 开启混淆	X	√	X	√
（结果）Base 类是否被混淆	X	X	√	√

可以看到，混淆开启由 App Module 决定，与Lib Module 无关。

现在我们分别在 Lib Module 和 App Module 的 proguard-rules.pro中添加 Base 类的混淆保留规则，并在 build.gradle中添加配置文件，测试 Base 类是否能保留：

-keep class com.rui.base.Base

测试结果如下：

配置位置	Lib Module	App Module
（结果）Base 类是否保留	X	√

可以看到：（默认情况）混淆规则以 App Module 中的混淆规则文件为准。

这里就引入两种主流的组件化混淆方案：

在 App Module 中设置混淆规则

这种方案将混淆规则都放置到 App Module 的proguard-rules.pro中，最简单也最直观，缺点是移除 Lib Module 时，需要从 App Module 中移除相应的混淆规则。尽管多余的混淆规则并不会造成编译错误或者运行错误，但还是会影响编译效率。

很多的第三方 SDK，就是采用了这种组件化混淆方案。在 App Module 中添加依赖的同时，也需要在proguard-rules.pro中添加专属的混淆规则，这样才能保证release版本正常运行。

在 App Module 中设置公共混淆规则，在 Lib Module 中设置专属混淆规则

这种方案将专属的混淆规则设置到 Lib Module 的proguard-rules.pro，但是根据前面的测试，在 Lib Module 中设置的混淆规则是不生效的。为了让规则生效，还需要在 Lib Module 的build.gradle中添加以下配置：

...android{  defaultConfig{    consumerProguardFiles 'consumer-rules.pro'  }}

其中consumer-rules.pro文件：

-keep class com.rui.base.Base

测试结果表明，Base 类已经被保留了。这种使用consumerProguardFiles的方式有以下几个特点：

consumerProguardFiles只对 Lib Module 生效，对 App Module 无效
consumerProguardFiles会将混淆规则输出为proguard.txt文件，并打包进 aar 文件
App Module 会使用 aar 文件中的proguard.txt汇总为最终的混淆规则，这一点可以通过前面提到的-printconfiguration证明

参考

压缩您的应用
ProGuard | Office website
ProGuard | Manual
R8 | Google Git
Android Gradle plugin release notes
《深入理解Java虚拟机 — JVM高级特性与最佳实践》周志明著
《Android 组件化架构》仓王著
《Android开发高手课》张绍文著，极客时间出品

Android | 代码混淆到底做了什么？

前言

系列文章

1、混淆编译器

2、四大功能

关于 D8 编译器

3、使用示例

4、ProGuard 规则文件

5、组件化混淆

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参考

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