SharedPreferences是谷歌提供的輕量級(jí)存儲(chǔ)方案，使用起來(lái)比較方便，可以直接進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，不必另起線程。

不過(guò)也帶來(lái)很多問(wèn)題，尤其是由SP引起的ANR問(wèn)題，非常常見(jiàn)。

正因如此，后來(lái)也出現(xiàn)了一些SP的替代解決方案，比如MMKV。

本文主要包括以下內(nèi)容

1.SharedPreferences存在的問(wèn)題

2.MMKV的基本使用與介紹

3.MMKV的原理

SP的效率比較低

1.讀寫(xiě)方式：直接I/O

2.數(shù)據(jù)格式：xml

3.寫(xiě)入方式：全量更新

由于SP使用的xml格式保存數(shù)據(jù)，所以每次更新數(shù)據(jù)只能全量替換更新數(shù)據(jù)。

這意味著如果我們有100個(gè)數(shù)據(jù)，如果只更新一項(xiàng)數(shù)據(jù)，也需要將所有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成xml格式，然后再通過(guò)io寫(xiě)入文件中。

這也導(dǎo)致SP的寫(xiě)入效率比較低。

commit導(dǎo)致的ANR

public boolean commit() {
    // 在當(dāng)前線程將數(shù)據(jù)保存到mMap中
    MemoryCommitResult mcr = commitToMemory();
    SharedPreferencesImpl.this.enqueueDiskWrite(mcr, null);
    try {
        // 如果是在singleThreadPool中執(zhí)行寫(xiě)入操作，通過(guò)await()暫停主線程，直到寫(xiě)入操作完成。
        // commit的同步性就是通過(guò)這里完成的。
        mcr.writtenToDiskLatch.await();
    } catch (InterruptedException e) {
        return false;
    }
    /*
     * 回調(diào)的時(shí)機(jī)：
     * 1. commit是在內(nèi)存和硬盤(pán)操作均結(jié)束時(shí)回調(diào)
     * 2. apply是內(nèi)存操作結(jié)束時(shí)就進(jìn)行回調(diào)
     */
    notifyListeners(mcr);
    return mcr.writeToDiskResult;
}

如上所示

1.commit有返回值，表示修改是否提交成功。

2.commit提交是同步的，直到磁盤(pán)操作成功后才會(huì)完成。

所以當(dāng)數(shù)據(jù)量比較大時(shí)，使用commit很可能引起ANR。

Apply導(dǎo)致的ANR

commit是同步的，同時(shí)SP也提供了異步的apply。

apply是將修改數(shù)據(jù)原子提交到內(nèi)存, 而后異步真正提交到硬件磁盤(pán), 而commit是同步的提交到硬件磁盤(pán)，因此，在多個(gè)并發(fā)的提交commit的時(shí)候，他們會(huì)等待正在處理的commit保存到磁盤(pán)后在操作，從而降低了效率。

而apply只是原子的提交到內(nèi)容，后面有調(diào)用apply的函數(shù)的將會(huì)直接覆蓋前面的內(nèi)存數(shù)據(jù)，這樣從一定程度上提高了很多效率。

但是apply同樣會(huì)引起ANR的問(wèn)題。

public void apply() {
    final long startTime = System.currentTimeMillis();

    final MemoryCommitResult mcr = commitToMemory();
    final Runnable awaitCommit = new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                mcr.writtenToDiskLatch.await(); // 等待
                ......
            }
        };
    // 將 awaitCommit 添加到隊(duì)列 QueuedWork 中
    QueuedWork.addFinisher(awaitCommit);

    Runnable postWriteRunnable = new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                awaitCommit.run();
                QueuedWork.removeFinisher(awaitCommit);
            }
        };
    SharedPreferencesImpl.this.enqueueDiskWrite(mcr, postWriteRunnable);
}

• 將一個(gè) awaitCommit 的  Runnable 任務(wù)，添加到隊(duì)列 QueuedWork 中，在 awaitCommit中會(huì)調(diào)用 await() 方法等待，在 handleStopService 、 handleStopActivity 等等生命周期會(huì)以這個(gè)作為判斷條件，等待任務(wù)執(zhí)行完畢。

  
  

• 將一個(gè) postWriteRunnable 的  Runnable 寫(xiě)任務(wù)，通過(guò) enqueueDiskWrite 方法，將寫(xiě)入任務(wù)加入到隊(duì)列中，而寫(xiě)入任務(wù)在一個(gè)線程中執(zhí)行。

為了保證異步任務(wù)及時(shí)完成，當(dāng)生命周期處于 handleStopService() 、 handlePauseActivity() 、 handleStopActivity() 的時(shí)候會(huì)調(diào)用 QueuedWork.waitToFinish() 會(huì)等待寫(xiě)入任務(wù)執(zhí)行完畢。

private static final ConcurrentLinkedQueue<Runnable> sPendingWorkFinishers =
        new ConcurrentLinkedQueue<Runnable>();

public static void waitToFinish() {
    Runnable toFinish;
    while ((toFinish = sPendingWorkFinishers.poll()) != null) {
        toFinish.run(); // 相當(dāng)于調(diào)用 `mcr.writtenToDiskLatch.await()` 方法
    }
}

• sPendingWorkFinishers 是 ConcurrentLinkedQueue 實(shí)例，apply 方法會(huì)將寫(xiě)入任務(wù)添加到 sPendingWorkFinishers隊(duì)列中，在單個(gè)線程的線程池中執(zhí)行寫(xiě)入任務(wù)，線程的調(diào)度并不由程序來(lái)控制，也就是說(shuō)當(dāng)生命周期切換的時(shí)候，任務(wù)不一定處于執(zhí)行狀態(tài)。

  
  

• toFinish.run() 方法，相當(dāng)于調(diào)用 mcr.writtenToDiskLatch.await() 方法，會(huì)一直等待。

  
  

• waitToFinish() 方法就做了一件事，會(huì)一直等待寫(xiě)入任務(wù)執(zhí)行完畢，其它什么都不做，當(dāng)有很多寫(xiě)入任務(wù)，會(huì)依次執(zhí)行，當(dāng)文件很大時(shí)，效率很低，造成 ANR 就不奇怪了。

所以當(dāng)數(shù)據(jù)量比較大時(shí)，apply也會(huì)造成ANR。

getXXX() 導(dǎo)致ANR

不僅是寫(xiě)入操作，所有 getXXX() 方法都是同步的，在主線程調(diào)用 get 方法，必須等待 SP 加載完畢，也有可能導(dǎo)致ANR。

調(diào)用 getSharedPreferences() 方法，最終會(huì)調(diào)用 SharedPreferencesImpl#startLoadFromDisk() 方法開(kāi)啟一個(gè)線程異步讀取數(shù)據(jù)。

private final Object mLock = new Object();
private boolean mLoaded = false;
private void startLoadFromDisk() {
    synchronized (mLock) {
        mLoaded = false;
    }
    new Thread("SharedPreferencesImpl-load") {
        public void run() {
            loadFromDisk();
        }
    }.start();
}

正如你所看到的，開(kāi)啟一個(gè)線程異步讀取數(shù)據(jù)，當(dāng)我們正在讀取一個(gè)比較大的數(shù)據(jù)，還沒(méi)讀取完，接著調(diào)用 getXXX() 方法。

public String getString(String key, @Nullable String defValue) {
    synchronized (mLock) {
        awaitLoadedLocked();
        String v = (String)mMap.get(key);
        return v != null ? v : defValue;
    }
}

private void awaitLoadedLocked() {
    ......
    while (!mLoaded) {
        try {
            mLock.wait();
        } catch (InterruptedException unused) {
        }
    }
    ......
}

在同步方法內(nèi)調(diào)用了 wait() 方法，會(huì)一直等待 getSharedPreferences() 方法開(kāi)啟的線程讀取完數(shù)據(jù)才能繼續(xù)往下執(zhí)行，如果讀取幾 KB 的數(shù)據(jù)還好，假設(shè)讀取一個(gè)大的文件，勢(shì)必會(huì)造成主線程阻塞。

MMKV 是基于 mmap 內(nèi)存映射的 key-value 組件，底層序列化/反序列化使用 protobuf 實(shí)現(xiàn)，性能高，穩(wěn)定性強(qiáng)。從 2015 年中至今在微信上使用，其性能和穩(wěn)定性經(jīng)過(guò)了時(shí)間的驗(yàn)證。近期也已移植到 Android / macOS / Win32 / POSIX 平臺(tái)，一并開(kāi)源。

MMKV優(yōu)點(diǎn)

1.MMKV實(shí)現(xiàn)了SharedPreferences接口，可以無(wú)縫切換。

2.通過(guò) mmap 內(nèi)存映射文件，提供一段可供隨時(shí)寫(xiě)入的內(nèi)存塊，App 只管往里面寫(xiě)數(shù)據(jù)，由操作系統(tǒng)負(fù)責(zé)將內(nèi)存回寫(xiě)到文件，不必?fù)?dān)心 crash 導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。

3.MMKV數(shù)據(jù)序列化方面選用 protobuf 協(xié)議，pb 在性能和空間占用上都有不錯(cuò)的表現(xiàn)。

4.SP是全量更新，MMKV是增量更新，有性能優(yōu)勢(shì)。

詳細(xì)的使用細(xì)節(jié)可以參考文檔：https://github.com/Tencent/MMKV/wiki

IO操作

我們知道，SP是寫(xiě)入是基于IO操作的，為了了解IO，我們需要先了解下用戶空間與內(nèi)核空間
虛擬內(nèi)存被操作系統(tǒng)劃分成兩塊：用戶空間和內(nèi)核空間，用戶空間是用戶程序代碼運(yùn)行的地方，內(nèi)核空間是內(nèi)核代碼運(yùn)行的地方。為了安全，它們是隔離的，即使用戶的程序崩潰了，內(nèi)核也不受影響。 

寫(xiě)文件流程:

1、調(diào)用write，告訴內(nèi)核需要寫(xiě)入數(shù)據(jù)的開(kāi)始地址與長(zhǎng)度。

2、內(nèi)核將數(shù)據(jù)拷貝到內(nèi)核緩存。

3、由操作系統(tǒng)調(diào)用，將數(shù)據(jù)拷貝到磁盤(pán)，完成寫(xiě)入。

MMAP

Linux通過(guò)將一個(gè)虛擬內(nèi)存區(qū)域與一個(gè)磁盤(pán)上的對(duì)象關(guān)聯(lián)起來(lái)，以初始化這個(gè)虛擬內(nèi)存區(qū)域的內(nèi)容，這個(gè)過(guò)程稱為內(nèi)存映射(memory mapping)。

對(duì)文件進(jìn)行mmap，會(huì)在進(jìn)程的虛擬內(nèi)存分配地址空間，創(chuàng)建映射關(guān)系。

實(shí)現(xiàn)這樣的映射關(guān)系后，就可以采用指針的方式讀寫(xiě)操作這一段內(nèi)存，而系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)回寫(xiě)到對(duì)應(yīng)的文件磁盤(pán)上

MMAP優(yōu)勢(shì)

1、MMAP對(duì)文件的讀寫(xiě)操作只需要從磁盤(pán)到用戶主存的一次數(shù)據(jù)拷貝過(guò)程，減少了數(shù)據(jù)的拷貝次數(shù)，提高了文件讀寫(xiě)效率。

2、MMAP使用邏輯內(nèi)存對(duì)磁盤(pán)文件進(jìn)行映射，操作內(nèi)存就相當(dāng)于操作文件，不需要開(kāi)啟線程，操作MMAP的速度和操作內(nèi)存的速度一樣快。

3、MMAP提供一段可供隨時(shí)寫(xiě)入的內(nèi)存塊，App 只管往里面寫(xiě)數(shù)據(jù)，由操作系統(tǒng)如內(nèi)存不足、進(jìn)程退出等時(shí)候負(fù)責(zé)將內(nèi)存回寫(xiě)到文件，不必?fù)?dān)心 crash 導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失。

可以看出，MMAP的寫(xiě)入速度基本與內(nèi)存寫(xiě)入速度一致，遠(yuǎn)高于SP，這就是MMKV寫(xiě)入速度更快的原因。

MMKV寫(xiě)入方式

SP的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

SP是使用XML格式存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的，如下所示 。

但是這也導(dǎo)致SP如果要更新數(shù)據(jù)的話，只能全量更新。

MMKV數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

MMKV數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下

MMKV使用Protobuf存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，冗余數(shù)據(jù)更少，更省空間，同時(shí)可以方便地在末尾追加數(shù)據(jù)。

寫(xiě)入方式

增量寫(xiě)入

不管key是否重復(fù)，直接將數(shù)據(jù)追加在前數(shù)據(jù)后。這樣效率更高，更新數(shù)據(jù)只需要插入一條數(shù)據(jù)即可。

當(dāng)然這樣也會(huì)帶來(lái)問(wèn)題，如果不斷增量追加內(nèi)容，文件越來(lái)越大，怎么辦？

當(dāng)文件大小不夠，這時(shí)候需要全量寫(xiě)入。將數(shù)據(jù)去掉重復(fù)key后，如果文件大小滿足寫(xiě)入的數(shù)據(jù)大小，則可以直接更新全量寫(xiě)入，否則需要擴(kuò)容。（在擴(kuò)容時(shí)根據(jù)平均每個(gè)K-V大小計(jì)算未來(lái)可能需要的文件大小進(jìn)行擴(kuò)容，防止經(jīng)常性的全量寫(xiě)入）

MMKV三大優(yōu)勢(shì)

• mmap防止數(shù)據(jù)丟失，提高讀寫(xiě)效率;

  
  

• 精簡(jiǎn)數(shù)據(jù)，以最少的數(shù)據(jù)量表示最多的信息，減少數(shù)據(jù)大小;

  
  

• 增量更新，避免每次進(jìn)行相對(duì)增量來(lái)說(shuō)大數(shù)據(jù)量的全量寫(xiě)入。

參考資料

[Google] 再見(jiàn) SharedPreferences 擁抱 Jetpack DataStore

https://juejin.cn/post/6881442312560803853

淺析SharedPreferences

https://juejin.cn/post/6844903729217404935

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