Android性能优化- 从SharedPreferences到MMKV

前言

前面Android性能优化 - 从SharedPreferences跨越到DataStore一文主要介绍了DataStore的实现原理，以及DataStore相对于SharedPreferences的提升，本文主要简述MMKV相对于SharedPreferences存储的使用及优劣势，以及MMKV原理，以及三者对比之下各自的优缺点和使用场景。

浅谈SharedPreferences

SharedPreferences（以下使用SP简称）是在Android中的一种轻量级的存储方式，支持开发者将基本类型数据以键值对的形式进行存储。SP具有在应用内数据可以共享，使用简单方便的优点。

SP会将数据以文件的形式进行存储，具体路径：

/data/data/<packagename>/shared_prefs/

下面对于SP的使用进行简单说明。

首先获取SP对象

使用SP首先需要需要获取SP对象，可以通过Context.getSharedPreferences(key, Context.MODE_PRIVATE)获取到SP对象。

注意⚠️：Mode目前只有Context.MODE_PRIVATE，表示此文件是私有数据，只能够被应用本身访问，写入覆盖。其余的在新版API中均已废弃。

存储数据


var sp = this.getSharedPreferences("test",Context.MODE_PRIVATE)
        var edit = sp.edit()
        edit.putBoolean("flag",true)
        edit.putInt("temp",1)      //统一put完数据再提交，否则可能会空异常
        edit.apply()  //edit.commit()

commit()和apply()都可以提交SP存储，但是两者有所区别：

 1. apply()立刻更改内存中的SP值，但是会异步的将更新写入磁盘，无返回值
 2. commit()则是会同步的写入的磁盘，需要注意其调用的线程（不要放在主线程），有返回值，返回是否成功的写入存储。

取数据

获取到SP对象之后直接get即可：

        var sp = this.getSharedPreferences("test",Context.MODE_PRIVATE)
        var result = sp.getBoolean("flag",false)       //第二个参数是没有获取到数据的默认值

走进MMKV

MMKV是腾讯开源的一款基于mmap内存映射的键值对组件，底层序列化次用了prorobuf实现，性能高且稳定性良好，能够很好的取代SP存储。

1. SP和MMKV优缺点对比

SP虽然简单易用，但是在开发过程中依然存在不少缺点，具体如下：

多进程共享。系统自带的SP存储对于多进程几乎不支持，并且官方文档上明确指出SP不能使用在多进程上，如果要实现SP存储支持多进程，必须由我们手动去封装ContentProvider实现，实现较复杂并且性能低下。
数据加密。SP存储实际上是将键值对数据放到本机文件中进行存储，如果需要数据安全需要自己加密。
效率一般。SP是以xml进行存储的，大量数据不能使用该方式存储。
只支持基本数据类型，支持存储的数据类型有booleans, floats, ints, longs, and strings。

针对如上的几个缺点，MMKV都进行了改进：

MMKV支持多进行共享。MMKV是基于mmap内存映射的方式，而mmap共享内存本质上是多进程共享的，因此MMKV是支持多进行共享并且效率较高。
数据加密。MMKV采用了AES CFB-128算法进行加密解密。
MMKV采用了跨平台的protobuf进行序列化和反序列化，比起SP的xml存放方式更加高效。
支持从SP迁移。MMKV对于SP迁移做了很多支持，项目内如果想由SP迁移到MMKV十分方便。
支持更多的数据类型，不但支持boolean、int、long、float、double、byte[]，还支持String，Set以及实现了Parcelable的类型。

综上所述，MMKV有着速度快，方便易用的优势，下面对其使用进行简单说明。

2. 使用MMKV

1. 包引入及初始化

首先需要引入MMKV包，在buil.gradle中添加如下内容：

implementation 'com.tencent:mmkv:1.2.7'

然后需要在自定义Application中添加初始化：

MMKV.initialize(this)

2. MMKV对象获取

MMKV提供了一个全局的实例，可以直接使用：

var mmkv = MMKV.defaultMMKV()

也可以自定义MMKV对象，设置自定ID

var mmkv2 = MMKV.mmkvWithID("id")

MMKV默认是支持单进程的，如果业务需要多进程访问，需要在初始化的时候添加多进程模式参数：

var mmkv3 = MMKV.mmkvWithID("myId",MMKV.MULTI_PROCESS_MODE)

3. 存取方法

使用MMKV的存取比较简单，方法如下：

//存储方法
mmkv?.encode(key,data)
//获取方法
mmkv?.decodeString(key,"defaultValues")

获取方法需要根据类型进行自己选择。

4. 自定义文件目录

MMKV 默认把文件存放在$(FilesDir)/mmkv/目录。你可以在 MMKV初始化时自定义根目录：

val dir = filesDir.absolutePath + "/mmkv_2"
val rootDir = MMKV.initialize(dir)

5. SP迁移

MMKV可以调用importFromSharedPreferences方法进行SP的数据迁移，示例代码如下：
MMKV实现了SharedPreferences，Editor两个接口，所以在迁移之后SP的操作代码可以不用更改。

val mmkv = MMKV.mmkvWithID("myData")
val olderData = DemoApplication.mContext?.getSharedPreferences("myData", MODE_PRIVATE)
mmkv?.importFromSharedPreferences(olderData)
olderData?.edit()?.clear()?.apply()

MMKV优势及实现原理

为了能够理清MMKV的优势，我们首先需要先了解SP的工作原理。

1. SP的工作原理

SP是采用的IO写入数据的，Linux中存在有虚拟内存概念：用户空间和内核空间。
用户空间是用户程序代码运行的地方，内核空间是内核代码运行的地方。为了减小程序崩溃影响，两个控件时隔离的，也就是说即使运行在用户控件的用户程序崩溃，内核也不会受到影响。

SP采用了IO读写的操作，以read为例子说明，具体步骤如下：

从磁盘读取数据，将文件内从硬盘拷贝到内核空间的缓存区。
然后再将数据拷贝到用户控件供程序使用。

从上面两步中我们可以拷贝过程进行了两次，如果数据量比较大，性能损耗也会随之提升。
在这里插入图片描述

2. MMKV实现原理

MMKV的实现原理是mmap（内存映射），它是共享内存的一种（另一种是System V,可用于跨进程），原理如图所示：
在这里插入图片描述
在Linux中，每个进程都有着属于自己的进程控制块（PCB）和地址空间，通过页面将进程的虚拟地址和物理地址进行映射。mmap方法会把文件内容映射到一段虚拟内存上，通过对此段内存的读取和修改，实现对文件的读取和修改。
在mmap之后，并不会将文件内容直接加载到物理页上，只是在虚拟内存中分配了地址空间，当首次访问这段地址时，才会去通过查找页表，但是此时虚拟内存对应的页上没有在物理内存中缓存，则会造成“缺页”，将文件对应内容加载到物理内存上。

相对于普通的IO读写，mmap具有如下优势：

对文件的读取操作跨过了页缓存，减少了数据的拷贝次数，操作内存就相当于操作文件，提高了文件读取效率。
实现了用户空间和内核空间的高效交互方式，修改能够直接反映在映射的区域内，从而被对方空间及时获取。
内存准备：通过 mmap 内存映射文件，提供一段可供随时写入的内存块，App 只管往里面写数据，由操作系统负责将内存回写到文件，不必担心 crash 导致数据丢失。
数据组织：数据序列化方面我们选用 protobuf 协议，pb 在性能和空间占用上都有不错的表现。
写入优化：考虑到主要使用场景是频繁地进行写入更新，我们需要有增量更新的能力。我们考虑将增量 kv 对象序列化后，append 到内存末尾。

当然还有如下的缺点：

即使文件很小，甚至于只有几个字节，但是内存的最小粒度是页，因此会占用整页的大小，在连续mmap小文件，会造成内容空间的浪费。
对于变长文件不适合，文件无法完成拓展。
空间增长：使用 append 实现增量更新带来了一个新的问题，就是不断 append 的话，文件大小会增长得不可控。我们需要在性能和空间上做个折中。

3. 了解Protobuf协议

SP存储采用的是xml文件的形式去存储键值对，而MMKV是通过protobuf协议来实现的，存储方式为增量更新，也就是不需要每次修改数据都要重新将所有的数据写入文件，速度上和大小上都优于xml。

protobuf是Google开源的一个序列化框架，类似于xml，json，最大的特点是基于二进制，比一般的xml表示同样的内容要短小的多。想要了解学习的朋友可以在Protobuf官网学习一下，在此不再做更多的说明。

三种方案对比以及各自使用场景

到这里，SP存储，MMKV存储的实现原理已经讲的差不多了，前面一文讲SP存储过渡到DataStore存储所带来的性能优化已经对比过DataStore和SP存储，下面就来一个汇总，对这三种存储做一个综合对比。

功能描述	MMKV	DataStore	SP
是否阻塞主线程	否	否	是
是否线程安全	是	是	是
是否支持跨进程	是	否	否
是否支持protocol-buffers	是	是	否
是否类型安全	否	是	否
是否能监听到数据变化	否	是	是

我们可以更具具体使用场景选择合适的存储方式：

多进程，跨进程通信，高频同步写入
推荐:MMKV

防止数据丢失，要求搞性能
优先推荐DataStore, 其次sp

防止数据丢失，未使用kotlin协程
推荐sp

总结

相对于SP而言，MMKV和DataStore无论是在速度上还是在文件大小上都更具有优势，是一个很方便易用的框架。但是各自有着各自的优缺点，我们要结合他们各自的优缺点以及使用场景灵活选取，切记没有最好的框架，只有用好的框架。