apk的大小與推廣成本、轉化率有著密不可分的關系，所以對包大小的優化，應做到謂錙銖必較，特別像抖音這樣上億DAU的應用，追求到極極極極極致都不為過。除了常見的APK瘦身方式，還有哪些方式呢？本文是對其中一個想法的探索過程。

1.問題引入

• PNG圖片支持alpha通道，JPG不支持alpha通道，所以PNG圖片的位深可能會比JEG的位深大；
• PNG格式采用的是無損數據壓縮算法，JPG采用的壓縮比更好的有損數據壓縮算法，在有鮮艷明亮的色彩和紋理的圖像中，JPG通常比PNG具有更高的壓縮比；
• 綜上猜測，如果把無alpha通道的PNG（甚至是有alpha通道但是無透明度的PNG）轉變為JPG格式，是否可以使得圖片的體積變小，于是有了本文的探索過程。

2.Java相關的 API

Java已經提供了很多API，如BufferedImage、ColorModel、IIOImage、ImageIO、ImageWriter、JPEGImageWriteParam，來幫助進行圖像處理。

2.1 BufferedImage

• BufferedImage是Image的一個子類，Image和BufferedImage的主要作用就是將一副圖片加載到內存中。BufferedImage生成的圖片在內存里有一個圖像緩沖區，利用這個緩沖區我們可以很方便的操作這個圖片，通常用來做圖片修改操作如大小變換、圖片變灰、設置圖片透明或不透明等。
• Java將一副圖片加載到內存中的方法是:

BufferedImage bufferedImage = ImageIO.read(new FileInputStream(filePath));

• 通過BufferedImage得到內存中一張圖片到數據實體后，便可以通過它獲得圖片基本信息，如長、寬、每個像素的值等

BufferedImage image = ImageIO.read(new FileInputStream(file)); //獲取位圖
image.getHeight();//圖像的高
image.getWidth();//圖像的寬
//獲取圖像某一像素的值，返回的int型數據（32位）為ARGB格式，其中ARGB各占8bit
int pixel = image.getRGB(x,y);
//返回圖像的類型，如TYPE_INT_RGB、TYPE_INT_ARGB，如果是未知的類型，會返回TYPE_CUSTOM
int type = image.getType(); 

• API文檔：BufferedImage

2.2 ColorModel

• ColorModel抽象類封裝了一系列把像素值轉換為色彩分量（R、G、B）和透明度分量（alpha）的方法。

BufferedImage sourceImg = ImageIO.read(new FileInputStream(file));
//通過BufferedImage獲得其ColorModel
ColorModel color = sourceImg.getColorModel();
//獲得每像素的大小，也即圖片的位深度
color.getPixelSize();
//返回一個32位像素值的透明通道分量的值，同理，可獲得像素值其他分量的值
color.getAlpha(int pixel)；

• API文檔：ColorModel

2.3 ImageIO

• ImageIO是一個輔助類，提供了一系列的靜態方法，可以來獲取已經注冊了的 ImageReader和 ImageWriter的對對象，以及執行簡單編碼和解碼。

//getImageWritersByFormatName方法返回是所有能夠對指定格式進行編碼的ImageWriter的迭代器（Iterator<ImageWriter>）,此行代碼獲取了一個能夠對jpg格式編碼的ImageWriter
ImageWriter jpgWriter = ImageIO.getImageWritersByFormatName("jpg").next();
//將一個BufferedImage對象以jpg形式寫入jpgFile中，用它可以進行簡單的圖像格式轉換
ImageIO.write(newBufferedImage,"jpg",jpgFile);

• API文檔：ImageIO

2.4 IIOImage

• IIOImage是一個簡單的容器類，它聚合了一張圖像的圖像數據（RenderedImage）、一系列的縮略圖以及與圖像關聯的其他元數據（IIOMetadata，非圖像信息）。
• 構造方法：創建的時候，需要把相關的參數進行注入：
  • RenderedImage image：代表圖像的圖像信息，RenderedImage是個接口，需要傳入其實現類。BufferedImage實現了RenderedImage接口，其對象可作為參數傳入。
  • List<? extends BufferedImage> thumbnails：圖像的縮略圖信息，可為null
  • IIOMetadata metadata：與圖像相關聯的其他非圖像數據的元數據，可為null

IIOImage(RenderedImaeg image, List<? extends BufferedImage> thumbnails, IIOMetadata metadata);
//如下，就得到了一個與Buffered所關聯的IIOImage對象
IIOImage iioImage = new IIOImage(bufferedImage,null,null);

• API文檔：IIOImage

2.5 JPEGImageWriteParam

• JPEGImageWriteParam是圖像寫入文件時的一個參數類，可以通過它設置圖像的壓縮質量等參數。

//初始化，參數Local代表圖像的地理、政治、文化等信息，可為空
JPEGImageWriteParam jpegParams = new JPEGImageWriteParam(null);
//如果支持壓縮，必須設置壓縮模式，MODE_EXPLICIT模式表示會使用此mageWriteParam中指定的壓縮類型和質量設置進行壓縮。所有之前設置的compression參數都將被丟棄。
jpegParams.setCompressionMode(ImageWriteParam.MODE_EXPLICIT);
//設置壓縮質量，取值范圍0.0f~1.0f,1.0f代表質量最好；默認0.75f，表示視覺無損
jpegParams.setCompressionQuality(1.0f);

• API文檔：JPEGImageWriteParam

2.6 ImageWriter

• ImageWriter是用來編碼和寫入圖像的抽象超類。我們進行圖片格式轉換的時候，主要就是通過它的子類進行寫入的。上邊介紹類那么多API，其實就是要給它轉換圖片來用的。
• 重點關注它的setOutput方法和一系列的write方法：

//設置輸出路徑，這里雖然傳入的是Object對象，但是一般應該傳入以下兩種對象：
// 1. FileImageOutputStream,用于寫入文件
// 2. MemoryCacheImageOutputStream,用于寫入內存中
void setOutput(Object output);
//把IIOImage對象關聯的對象直接作為輸入，寫入到輸出對象
void write(IIOImage image);
//同上，寫入的時候加上元數據、寫入參數，我們就應該調用它來完成格式轉換
void write(IIOMetadata metadata, IIOImage image, ImageWriteParam param);
//同上，只是輸入的對象是RenderedImage的實現類對象
void write(RenderedImage image);

• API文檔：ImageWriter

3.探索過程

我們可以hook Android編譯過程，拿到所有的資源文件。由于本文是探索的過程，還未集成到項目里，所以探索的demo是拿的apk包反編譯出來的。而且打包過程中已經禁止了AAPT采用內置的壓縮算法對圖片資源的優化，所以反編譯出來的圖片資源跟打包前應該是一致的：

aaptOptions {
    cruncherEnabled = false
}

3.1 獲取需要處理的PNG圖片

3.1.1 根據位深

• 由于常見的圖片色彩模式中，只有ARGB是包含透明通道的，所以可以獲取圖片的位深，也即是每像素的大小，根據其大小來獲取是否包含透明通道。

它只適用于不經過壓縮處理的圖片，如經過像tinypng、pngguant壓縮過的，位深會被壓縮，這點千萬要注意！如果經過tinypng或者pngquant算法壓縮后，是可能出現雖然包含透明通道，但是位深（每像素大小）是4、8、16、24甚至是1的，具體原理涉及到壓縮算法，這里不進行深究。

if(file.getName().endsWith(".png") 
    && !file.getName().contains(".9.png")
    && getPngBitDepth(file) != 32) {
        //do convert
    }

private static int getPngBitDepth(File file) throws IOException {
    BufferedImage sourceImg = ImageIO.read(new FileInputStream(file));
    ColorModel color = sourceImg.getColorModel();
    return color.getPixelSize();
}

3.1.2 根據是否包含alpha通道

• 從上述API的介紹里也了解到了，可以通過ColorModel直接獲取圖片各個分量上的值的，當然也就可以通過它判斷圖片否包含alpha通道。

if(file.getName().endsWith(".png") 
    && !file.getName().contains(".9.png")
    && !constainsAlphaChannel(file) {
        //do convert
    }

private static boolean constainsAlphaChannel(File file)  throws IOException{
    BufferedImage sourceImg = ImageIO.read(new FileInputStream(file));
    ColorModel color = sourceImg.getColorModel();
    return color.hasAlpha();
}

3.1.3 根據是否包含透明度像素

• 有的png圖片雖然包含了透明通道，但并未使用，可遍歷每張圖片上的像素點，把不包含透明度的圖片全部找出來，進行轉換，擴大轉換范圍。

if(file.getName().endsWith(".png") 
    && !file.getName().contains(".9.png")
    && !constainsAlphaChannel(file) {
        //do convert
    }
private static boolean containsTransparency(File file) throws FileNotFoundException, IOException{
    BufferedImage image = ImageIO.read(new FileInputStream(file));
    for (int i = 0; i < image.getHeight(); i++) {
        for (int j = 0; j < image.getWidth(); j++) {
            if (isTransparent(image, j, i)){
                return true;
                }
            }
        }
        return false;
    }

public static boolean isTransparent(BufferedImage image, int x, int y ) {
    int pixel = image.getRGB(x,y);
    return (pixel>>24) == 0x00; //透明通道在高8位，根據其是否為0判斷是否包含透明通道
}

• 本文進行的驗證都是通過第三種來的，需要轉換的png圖片范圍會比不包含alpha通道的圖片集稍微大些

3.2 圖像轉換

本節進行轉換的是debug版本的APK反編譯出來的目錄，release版本的會在下一節闡述。

3.2.1 ImageIO進行轉換

• 最開始找到的png轉jpg的方法是使用ImageIO，這種方式也是網上能找到的比較多的方法，使用它轉換的時候要注意，由于jpg是不包含alpha通道的，所以轉換過程中需要先畫一個背景，具體顏色自己可以設置：

private static void convertPNG2JPG(File pngFile, File jpgFile) throws IOException {
    BufferedImage bufferedImage = ImageIO.read(pngFile);
    BufferedImage newBufferedImage = new BufferedImage(bufferedImage.getWidth(),bufferedImage.getHeight(),BufferedImage.TYPE_INT_RGB);
    //創建BufferedImage,并繪制白色的背景
    newBufferedImage.createGraphics().drawImage(bufferedImage, 0, 0, Color.WHITE, null);
    ImageIO.write(newBufferedImage,"jpg",jpgFile);
}

通過上述介紹過API以后，這段代碼不難理解了，就是通過ImageIO把創建的BufferedImage以jpg形式寫回文件。
通過這次轉換以后，輸出文件大小對比：

png total size:4226.41KB
jpg total size:1103.19KB

可以看到，大小減少了很多，但是看看成像質量，發現畫質損失的有點嚴重啊：

畫質對比

左邊是png原圖，右邊是jpg，放大后可以看到邊緣損失很大。

• 跟蹤源碼發現，ImageIO.write()方法的內部其實也是通過IIOImage調用了ImageWrite.write方法，只不是壓縮質量設置的是默認的0.75f，那有沒有可以設置壓縮質量的轉換方法呢？

3.2.2 ImageWriter.Write進行轉換

• 經過調研，找到了以下方式進行圖片格式轉換。通過上述API的講解，代碼很好理解，這種方式對圖像的操作也更加靈活：

private static void convertPNG2JPG_2(File pngFile, File jpgFile) throws FileNotFoundException, IOException {
    BufferedImage bufferedImage = ImageIO.read(pngFile);
    JPEGImageWriteParam jpegParams = new JPEGImageWriteParam(null);
    jpegParams.setCompressionMode(ImageWriteParam.MODE_EXPLICIT);
    //這里設置壓縮質量
    jpegParams.setCompressionQuality(1.0f);
    ImageWriter jpgWriter = ImageIO.getImageWritersByFormatName("jpg").next();
    jpgWriter.setOutput(new FileImageOutputStream(jpgFile));
    IIOImage iioImage = new IIOImage(bufferedImage,null,null);
    jpgWriter.write(null, iioImage,jpegParams);
    jpgWriter.dispose();
}

注意，使用上述API，不要采用JDK11，否則會報出以下錯誤，不好排查，改用JDK1.8后可用。

調用上述API后發生了Native層的奔潰

• 先把壓縮質量的參數設置為1.0f，把PNG圖像轉換為JPG，輸入文件大小：

png total size:4226.41KB
jpg total size:5012.55KB

可以看到大小不減少反而增大了，進一步驗證了，并不是所有的情況，png轉換為jpg，圖像大小都會變小，詳細說明可看參考鏈接。
看看成像質量：

壓縮參數是1.0f時的成像對比

左邊是png，右邊是轉換后的jpg，雖然畫面的通透性感覺有點改變，畫質還是可以的，可是大小卻變大了

• 再按照默認的0.75的質量進行轉換，輸出文件大小：

png total size:4226.41KB
jpg total size:1479.10KB

可以看到，文件大小從原來png的4226KB變成了1479KB，來看看成像質量：

壓縮參數是0.75f時的成像對比

左邊是png原圖，右邊是轉換成jpg后的圖像。同樣可以發現存在肉眼可見的畫質損失。

• 通過反復測試，發現當壓縮質量參數為0.9f的時候，畫質與大小得到了平衡。體積大小相比0.75f時增加不多。
  大小輸出對比：

png total size:4226.41KB
jpg total size:2036.71KB

畫質對比：

壓縮參數是0.9f時的成像對比

可以看到圖像的質量還是可以的，沒有明顯的糊邊了。

4.進一步探索

上一節的探索都是在debug版本的APK反編譯進行的，由于抖音的圖片資源在打release包的時候會經過McImage的優化，期間會用pngguant算法進行壓縮，思考，如果此時我將壓縮后的png的圖片進行上述轉換，會發生什么情況呢？

4.1 release版本探索

壓縮質量設置為0.9，通過上述程序轉換，輸出文件大小：

png total size:415.09KB
jpg total size:595.10KB

首先看到的是，能檢測出來不包含alpha像素的png圖片的數量少了很多，猜測這個可能是用pngquant壓縮后與Java API的檢測有關，具體源碼不深究了。
我們來看此時圖像的成像質量，掃描出的不包含alpha像素的png圖片：

png目錄

而發現jpg中有好多轉換失敗的黑圖：

轉換后的jpg目錄

所以，上述的轉換，一定要是針對未通過其他算法進行壓縮后的圖像資源。

4.2 轉換成jpg后，還可以通過tinypng壓縮嗎？

依然回到debug版本的資源上，進一步探索，看轉換后的圖像，是否可以通過tinypng壓縮。

• 把壓縮后的jpg，通過tinypng進行壓縮（一次20張，分批次進行壓縮）
  壓縮后，得到的圖像大小如圖，換算成KB是1099KB

  
  
  轉換為jpg后又通過tinypng進行壓縮后的大小
  
  

  整個過程的大小變化：

step 1 掃出需要轉換的png原圖 -> 4226KB
step 2 上述png轉成jpg -> 2036KB
setp 3 上述的jpg經過tinypng壓縮 -> 1099KB

壓縮后，發現有些圖像也被損壞，很多圖片出現了奇怪的背景顏色:

經過tinypng壓縮后，有的圖像出現了損壞

雖然圖片大小體積進一步變小，但是圖像出現了損壞，這種情況也是不可取的。

4.3png直接用tinypng壓縮

• png轉jpg再進行tinypng壓縮后，大小雖然小了很多，但是圖像在tinypng壓縮的時候失敗了。那么直接把png進行tinypng進行壓縮，大小和成像質量會怎么樣呢？
  通過tinypng將png壓縮后，得到對大小如圖，換算成KB，是1300KB。

  
  
  直接把需要轉換的圖片放到tinypng上進行壓縮后的目錄大小
  
  

  大小從原來的4226KB減小到了1300KB，減小了很多，現在來看下成像質量：

  
  
  png原圖與tinypng壓縮后的成像對比
  
  同樣，左邊是png原圖，右邊是tinypng壓縮后的，不得不承認，tinypng壓縮真的很優秀，肉眼看去，跟原圖無異啊。

5. 結論與思考

• 如果不考慮使用其他算法對圖片進行壓縮，把不包含透明度的png轉換為jpg，體積大小通常情況下會大大減少；
• 壓縮質量參數可根據成像質量自行設定，官方建議0.75f，屬于視覺無損；
• 如果要用壓縮算法對圖片進行壓縮，不建議進行格式轉換，無論是轉換前壓縮還是轉換后壓縮，圖像都可能會損壞；
• tinypng壓縮算法還是相當優秀的，體積大小縮小很多，畫質肉眼幾乎看不到損失，良心推薦啊；
• 通過上述介紹的幾個Java API，我們對圖片對控制是可以達到每個像素的粒度，拿到這些信息后是可以做很多事情的，比如：結合圖像識別算法，可以判斷圖片的相似度。
• jpg不包含透明通道，png包含透明通道。通常情況下，在有明亮的色彩與紋理的圖像中，位深相同的情況下，jpg比png圖像擁有更高的壓縮比。我個人的理解是，圖片位深越大，壓縮比越大，詳情可查看下方鏈接。

廣告時間

字節跳動各Android客戶端團隊招人火爆進行中，各個級別和應屆實習生都需要，業務增長快、日活高、挑戰大、待遇給力，各位大佬走過路過千萬不要錯過！

本科以上學歷、對技術有熱情，歡迎加我的微信詳聊：spq951992006

歡迎來掃

參考鏈接

Comparison of different image compression formats