CN102799445A

CN102799445A - 一种基于Android平台的应用升级方法及系统

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Publication number: CN102799445A
Application number: CN2012101332433A
Authority: CN
Inventors: 陈昊; 张晓敏; 明仲
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-05-03
Filing date: 2012-05-03
Publication date: 2012-11-28

Abstract

本发明提出一种基于Android平台的应用升级方法，并实现了采用该方法的系统。应用升级方法包括以下步骤：1）服务器端通过比较应用的不同版本apk包之间差异，生成差量包；2）在服务器端对应用不同版本之间的差量包进行管理、存储和部署；3）应用升级客户端将所安装应用的信息列表，与服务器端差量包信息进行匹配，如有可用的升级，将可以下载差量包进行升级；4）升级过程中，先下载差量包，接着解压原有版本软件的apk包和差量包，然后整合、签名并打包生成新apk包，随后安装，完成升级过程。本发明改变了现有Android平台下升级应用必须下载完整apk包的模式，大大节省了应用升级过程产生的流量，为用户节约了流量费。

Description

一种基于Android平台的应用升级方法及系统

技术领域

本发明属于移动互联网领域，主要涉及Android平台下应用的APK差量包生成和升级方法及系统。

背景技术

Android是一种以Linux为基础的开放源代码操作系统，主要使用于便携设备。Android操作系统最初由Andy Rubin开发，最初主要支持手机。2005年由Google收购注资，并组建开放手机联盟开发改良，逐渐扩展到平板电脑及其他领域上。2011年第一季度，Android在全球的市场份额首次超过塞班系统，跃居全球第一。 2012年2月数据，Android占据全球智能手机操作系统市场52.5%的份额，中国市场占有率为68.4%。

随着移动互联网产业的井喷式发展，象会说话的汤姆猫、愤怒的小鸟、植物大战僵尸以及水果忍者等好的移动智能终端应用不断的涌现，深受智能手机用户欢迎。这些好的应用不断有新版本出现，用户需要进行应用升级。在Android平台的应用被打包为apk格式。APK是AndroidPackage的缩写，即Android安装包(apk)。通过将APK文件直接传到Android模拟器或Android手机中执行即可安装。APK文件其实是zip格式，但后缀名被修改为apk，通过UnZip解压后，可以看到Dex文件、其他资源文件、签名以及XML格式的程序全局配置文件AndroidManifest.xml。Android平台下的应用以往的升级方式必须下载整个APK包，而新旧版本APK之间的差异不大，下载整个新版本APK包的方式产生了大量的无效流量。如果用户下载的只是一个可以将旧版本软件修改为新版本软件的小的“差量包”，那么这将减少网络流量，加快下载速度。而其目前移动智能终端上网费用跟流量有密切关系的，因此APK差量升级方法有很好的应用前景。

该方法的难点在于APK差量包生成。产生两个序列的差异信息的算法称之为“差异算法 (Differencing Algorithm) ”。除了用于产生更新包，也有其他多方面应用。早期用于产生更新数据，更新信息只需包含前后两份数据的差异信息，而无需传送整份新数据。UNIX的算法diff用于寻找并产生文件的变化内容。还有文件的版本管理、系统备份及恢复等应用。此外，差异算法也可以找出两个序列的公共子序列，并且当两个序列越相似，算法找出的公共子序列长度越接近最长公共子序列（LCS）算法找出的最优长度。所以差异算法可作为相似序列的LCS近似算法，也能用于文本相似度检测。早期的差异算法使用最长公共子序列（LCS）算法，Miller及Myers指出了LCS算法用于寻找文件差异的缺陷。编辑距离是另一个用来衡量序列差异信息的尺度。编辑距离定义为一个序列变化为另一个序列所需的最少的编辑次数，相比LCS，编辑距离能更好刻画出序列间的差异，从而也能得到更小的差异信息文件。Tichy提出块移动（block move）的做法，对编辑距离算法进行改进，使得算法可以对字符成块的进行操作，而不是每次只操作一个字符。这样相比原编辑距离算法，该算法能更好的用于寻找序列间的差异。90年代初Christoph Reichenberger给出了时间复杂度为O(m n)的贪心算法。虽然算法相比Tichy的算法更适用于寻找序列间的差异，但时间复杂度仍然太过于高。后来Randal C. Bums 和Darrell D. E. Long给出了性能较差，但时间复杂度为O（m+n）的线性算法。

发明内容

本发明提出一种基于Android平台的应用升级方法，并实现了采用该应用升级方法的系统，该系统分为服务器端差量包管理系统和Android应用升级客户端。本发明改变了现有Android平台下升级应用必须下载完整apk包的模式，大大节省了应用升级过程产生的流量，为用户节约了流量费。本升级方法主要包括以下步骤：1）在服务器端，通过比较Android应用的不同版本的apk包之间差异，生成差量包；2）在服务器端，对应用不同版本的之间的差量包进行管理、存储和部署；3）Android应用升级客户端，可以将系统所安装应用的信息列表，与服务器端的差量包信息进行匹配，如果有可用的升级，将提示用户可以下载差量包进行升级；4）升级过程中，首先下载服务器端的差量包，接着解压手机中原有版本软件的apk包和差量包，然后整合生成新版本软件，并签名打包生成新的apk包，随后用户可以安装新的apk包，完成升级过程。

本发明的重点在于APK升级差量包生成方法，在应用升级系统服务器端包含了APK差量包生成模块，该模块先将新旧版本APK包分别解压，接着对解压后的新旧版本文件夹进行比较，找出新增文件、删除的文件以及有修改的文件，然后比较修改的文件之间的二进制差异，生成差异文件。在服务器端比较Android应用的不同版本的apk包之间差异，生成差量包，其主要流程如下：

① 先将apk包分别解压；

② 对解压后的新旧版本文件夹进行比较，找出新增文件、删除的文件以及有修改的文件；

③ 比较修改的文件之间的二进制差异，生成差异文件；

④ 将新旧版本之间的差异信息（包括新版本相对旧版本需新增的文件、删除的文件以及有修改的文件等信息）写入xml格式文档；

⑤ 将新增文件、有修改文件的差异文件以及差异信息xml文档打包成apk包。

APK升级差量包生成方法的主要难点在于服务器端差量包生成方法中的步骤③，如何高效地比较修改的文件之间的二进制差异，生成差异文件。本发明提出寻找序列的变化内容的算法。寻找两个序列X、Y的差异内容，产生Y相对X的差异信息Z，使得X能够根据Z变化为Y。如果X、Y是同一种文件的不同版本，Z往往比Y小得多，这样存储或传送Z将比直接存储或传送Y更节约资源。本发明提出一种基于序列结构因素的启发式算法，对两个序列进行划分，再进行相同内容的匹配。算法时间复杂度为O((n + m) log (min(n,m)))，空间复杂度为O(n+m)，其中n、m分别为X、Y的长度。在实际应用中该算法的执行速度是接近线性的，相比已有的算法，该算法更符合实际应用需求。

由于算法主要是解决相似序列的相关问题，算法设计针对相似序列提出。如图1，设 S2 为S1修改而来的序列。M1与M2为两个序列相同的内容，如果 |M1| 很大，S1中在其他地方出现于M1一样内容的子串的概率将非常小。于是可以认为由S1修改为S2时，M1未经修改而对应于M2.，那么可以推出B是由A修改而来，D由C修改而来，这样通过M1，M2可以将序列进行划分。如图2，在S1，S2中搜索M1，M2。S1，S2下标从0开始，长度分别为n1、n2。P1为S1的前len个字符；P2为S2前len个字符。设两个指针i，j，分别为P1、P2第一个字符的下标，开始时有i = j = 0。P1、P2的关系有以下4种情况：

（1） P2 未经修改，与P1一样；

（2） P2 为S2 中新增的内容

（3） P1在S2中被删除了

（4） P1、P2同时符合情况（2）、（3）

以P1为模式串在S2中搜索匹配，设在off2处获得匹配，如图3。

若找不到匹配则令 off2 = ∞。同样，以P2为模式串在S1中搜索匹配，可得off1。

如果有off1 = off2 = 0，则P1、P2属于情况（1）；若off1 = off2 = ∞，则属于情况（4）；然而，当0 < off1 , off2 < ∞时，判断其属于后三种情况的哪一种却是困难的。采用贪心策略来做判断。若off1/n1 < off2/n2，认为是情况（2），否则认为是情况（3）。为了处理P1，P2属于情况（4）而0 <off1,off2< ∞的情况，在S2（S1）中搜索P1（P2）时根据len长度适当减小搜索长度，即并不一定在整个S2（S1）中搜索P1（P2）。

除非off1 = off2 = ∞，否则都可以找到一对匹配，即M1，M2。当off1 = off2 = ∞时，将指针i，j分别右移一段距离，继续以上过程。

以上已经讨论，|M1|必须很大，划分是正确的概率才大。但len设置大了，很多匹配的小片段就无法搜索出来，从而使找出来的不同的序列内容比实际多很多。算法采用多次搜索的方法来解决这个问题。首先，设置len的值比较大，先搜索出相同的大片段，对S1，S2进行划分。再将len逐渐变小，找出相同小片段。

设S1，S2的长度分别为n1，n2，设置参数 skipCoe，当off1 = off2 = ∞时，将P1、P2的起始指针i，j分别右移skipLen1 = n1*skipCoe，skipLen2 = n2*skopCoe个单位。设置函数getSearchLen(skipLen)，根据i（j）右移的长度skipLen1（skipLen2）返回搜索模式串时最大搜索长度searchLen1(searchLen2)。searchLen为skipLen的单调递增函数。只在S2[0..searchLen2-1]中搜索模式串P1，如果S2[0..searchLen2-1]中没有与P1匹配的串，认为P1在S2中没有匹配。若searchLen2 ≧ n2，则在整个S2中搜索P1。

开始时，先搜索大片相同的内容，将S1，S2划分，再逐渐寻找小段相同的子串。所以开始时len值设得较大，需要在较大范围内搜索匹配，searchLen需要设置得较大。算法中，模式串的长度len是searchLen的一个单调递增的函数。

算法中searchLen为skipLen的函数，可以采用一个简单的倍数关系，即searchLen=α*skipLen。当skipLen很大时，α很小，searchLen就很大了；当skipLen很小时，α则需要比较大，搜索距离才不会太短。以下为定义的函数：

其中ɑ>b。一般而言，ɑ、b越大，算法的效果越好，但速度越慢。

模式串长度len为searchLen的函数，len不能太大，否则搜索到匹配的概率将几乎为0，搜索便没有了意义。可以设置len =

,其中β为参数。这样len的增长速度便比searchLen的小的多。我们的任务是找出尽可能小的Diff（X,Y），而Diff（X,Y）= S ₁ S ₂ S ₃ … S _k-1 S _k ， Si = size _i off _i len _i len _i’ Y _j Y _j+1 …Y _j+leni’-1，每一段差异内容都需要存储size _i off _i len _i len _i’，为使Diff（X,Y）尽量小，len的长度不应小于存储size _i off _i len _i len _i’所需空间，所以len应设下限。实验表明len的下限为5时效果最好。

算法除存储差异内容、序列内容需要O（n1+n2）的空间，其他辅助空间为O(1)，整个算法空间复杂度为O（n1+n2）。Randal C. Bums 和Darrell D. E. Long提出了时间复杂度为O(n+m)的算法，主要做法是使用两个小窗口分别作用于两个序列，计算窗口内容的哈希值。如果产生哈希冲突，并且原有的记录在另一个序列里，则比较两个子串是否相等，是则找到匹配，否则两个窗口同时向后移动一个单位。匹配后清空原有的所有哈希记录，从匹配串结束位置起继续整个过程。该算法使用Richard M. Karp和Michael 0. Rabin提出的哈希策略^[15]，每次移动窗口计算哈希值复杂度为O(1)。搜索到匹配后，至少有一个序列的窗口不用往回移动，所以窗口移动次数为O(n+m)。当哈希值相等时，判断两个子串是否相等，复杂度为O(k)，其中k为窗口大小。总时间复杂度为O(k(n+m))。k可以设为很小的常数，此时时间复杂度为O(n+m)。算法使用辅助空间为O(1)，空间复杂度与本发明算法一样为O(n+m)。从时间复杂度上看该算法要更快，但该算法没有利用到序列的特征，执行结果比不上本发明算法。由实验结果可知，对于部分输入数据两种算法得到的结果是接近的，但对于大部分输入文件，本算法得到的结果比Randal他们的算法得到的结果更优。对于时间性能，Randal他们的算法复杂度为O(n+m)，要更快。但如果考虑上用户的下载时间的话，由于下载速度远远小于cpu速度，并且，下载部分是差量包的大小便显得更加重要。

通过对一系列智能手机应用进行测试，将apk包拆包，对各个同名文件寻找差异，生成差异文件，对新版本软件中新出现的文件则差异文件为其本身，对旧版本才有的文件则记录该文件需要删除。再将所有差异文件及相关信息打包成apk包。各个软件差量包信息如下，其中“比例”指本算法得到的差异文件的apk包Z与新版本软件apk包Y的大小的比值Z/Y。

表

多对不同版本软件的差异信息大小Z及其与原软件大小Y的比例

由表1可知，本算法得到的结果都要比Randal他们算法得到的结果更优。比如，FruitSlice1.0.7.apk与 FruitSlice1.0.1.apk。使用Randal他们的算法得到的最终差量包大小为301KB，而使用本算法得到的最终apk包大小为243KB，仅为其80.7%。而与没使用过差异算法的原apk包相比，差异文件总大小仅为其11.3%。也就是说，如果用户已经拥有FruitSlice的1.0.1版本，他想拥有1.0.7版本的FruitSlice，仅需要下载243 KB的数据，而不是2149 KB的数据。可以减少数据流量88.7%。

本发明包括了实现该应用升级方法的系统，其中服务器端主要包括两个模块，即差量包生成模块和差量包管理模块。差量包生成模块即采用APK升级差量包生成方法来为各种应用的不同版本之间生成差量包。差量包管理模块采用基于Java EE平台的B/S架构，运用了Struts、Spring和Hibernate框架技术，主要功能是管理各种应用的不同版本APK包、调用差量包生成模块来生成不同版本的差量包，并管理和存储这些差量包，同时为应用升级客户端提供了查询、下载差量包的服务。其中Android应用升级客户端需安装到基于Android平台的智能手机或平板电脑中，主要功能是通过调用应用升级系统服务器端查询升级服务，列出有可用更新的应用，并提示手机用户可以下载差量包进行升级。当用户选择特定应用升级后，首先下载服务器端的差量包，接着解压手机中原有版本软件的apk包和差量包，然后整合生成新版本软件，并签名打包生成新的apk包，随后用户可以安装新的apk包，完成升级过程。

附图说明

图1是对序列进行划分图；图2是用于搜索的模式串P1、P2图；图3是以P1为模式串在S2中搜索匹配图。

Claims

1.一种Android平台的应用软件升级方法，其特征在于：

Android平台的应用升级方法，依次有以下步骤：

1）在服务器端，通过比较Android应用的不同版本的apk包之间差异，生成差量包；

2）在服务器端，对应用不同版本的之间的差量包进行管理、存储和部署；

3）Android应用升级客户端，可以将系统所安装应用的信息列表，与服务器端的差量包信息进行匹配，如果有可用的升级，将提示用户可以下载差量包进行升级；

4）升级过程中，首先下载服务器端的差量包，接着解压手机中原有版本软件的apk包和差量包，然后整合生成新版本软件，并签名打包生成新的apk包，随后用户可以安装新的apk包。

2.根据权利要求1所述的一种Android平台的应用软件升级方法，其特征在于：

所述步骤1）的APK升级差量包生成方法，依次有以下步骤：

①先将apk包分别解压；

②对解压后的新旧版本文件夹进行比较，找出新增文件、删除的文件以及有修改的文件；

③比较修改的文件之间的二进制差异，生成差异文件；

④将新旧版本之间的差异信息（包括新版本相对旧版本需新增的文件、删除的文件以及有修改的文件等信息）写入xml格式文档；

⑤将新增文件、有修改文件的差异文件以及差异信息xml文档打包成apk包。

3.根据权利要求2所述的一种Android平台的应用软件升级方法，其特征在于：

所述步骤③中的比较修改的文件之间的二进制差异，生成差异文件的基于序列结构因素的启发式算法，通过对两个序列X、Y进行划分，再进行相同内容的匹配，寻找两个序列的差异内容，产生Y相对X的差异信息Z，使得X能够根据Z变化为Y（算法时间复杂度为O((n + m) log (min(n,m)))，空间复杂度为O(n+m)，其中n、m分别为X、Y的长度）。

4.实现Android平台的应用软件升级方法的系统，其特征在于：

服务器端主要包括两个模块，即差量包生成模块和差量包管理模块；

差量包生成模块即采用如权利要求2所述的APK升级差量包生成方法和如权利要求3所述的基于序列结构因素的启发式算法来为各种应用的不同版本之间生成差量包；

差量包管理模块主要功能是管理各种应用的不同版本APK包、调用差量包生成模块来生成不同版本的差量包，并管理和存储这些差量包，同时为应用升级客户端提供了查询、下载差量包的服务。

5.根据权利要求4所述的实现Android平台的应用软件升级方法的系统，其特征在于：

Android应用升级客户端（需安装到基于Android平台的移动智能终端）主要功能是通过调用应用升级系统服务器端查询升级服务，列出有可用更新的应用，并提示手机用户可以下载差量包进行升级；当用户选择特定应用升级后，首先下载服务器端的差量包，接着解压手机中原有版本软件的apk包和差量包，然后整合生成新版本软件，并签名打包生成新的apk包，随后用户可以安装新的apk包，完成升级过程。