Android SharedPreferences 存储探索

问:SharedPreferences 存储比较大或者比较读的键值对会有什么问题吗?为什么?

答:SharedPreferences 是一种轻量级的存储方式,之所以轻量级是由其设计所决定的,因为 SharedPreferences 在创建的时候会把整个文件全部加载进内存,所以如果 SharedPreferences 文件比较大就会带来如下一些性能问题:

  • 首次从 SharedPreferences 获取值时可能阻塞主线程从而使 UI 界面卡顿丢帧。

  • 解析 SharedPreferences 时会产生大量的临时对象而导致频繁 GC 使得 UI 界面卡顿丢帧。

  • 被解析的同一个 SharedPreferences 文件的内容会占用大量内存。

问:如何优雅的使用 SharedPreferences 存储?你有哪些经验?

答:

  • SharedPreferences 中不要存放大的键值对,因为会占用太多内存、引起 UI 卡顿及内存抖动等问题。

  • 在进行 SharedPreferences 数据持久时应该对持久化数据进行分类,多 SharedPreferences 文件存储(譬如同一功能相关的放一个文件,或者按照读写频率及大小进行文件拆分),因为文件越大读取越慢,所以分类存储相对会好很多。

  • 对于频繁修改尽量做到批量一次性提交,尽量不要多次 edit 和 commit 或者 apply。

  • 不要直接用其进行跨进程读写操作,因为 SharedPreferences 不是进程安全的(MODE_MULTI_PROCESS 标记只是保证了在 API 11 以后如果内存中已经存在该 SharedPreference 则重新读一次文件到内存而已),如果要进行跨进程读写保证进程并发安全则建议使用 ContentProvider 对 SharedPreferences 进行包装或者采用其他 AIDL 等方式存储实现。

问:SharedPreferences 的加载实现是在子线程,但是为什么说 getX(key) 操作可能还会阻塞主线程呢?

答:看过 SharedPreferences 实现源码的小伙伴一定知道怎么回事了,下面给出关键部分源码分析。

//getSharedPreferences 获取 SP 的核心源码
class ContextImpl extends Context {
    //Context会把对应 SP 缓存起来
    private static ArrayMap<String, ArrayMap<File, SharedPreferencesImpl>> sSharedPrefsCache;
    ......
    @Override
    public SharedPreferences getSharedPreferences(File file, int mode) {
        ......
        SharedPreferencesImpl sp;
        synchronized (ContextImpl.class) {
            final ArrayMap<File, SharedPreferencesImpl> cache = getSharedPreferencesCacheLocked();
            sp = cache.get(file);
            if (sp == null) {
                //第一次或者新进程中时缓存没有就新 new 一个对应实例
                sp = new SharedPreferencesImpl(file, mode);
                cache.put(file, sp);
                return sp;
            }
        }
        ......
        return sp;
    }
    ......
}

接下来看看 SharedPreferencesImpl 实例化及通过 SharedPreferences 获取一个指定 key 的值的核心源码部分,如下:

//一个File对应的一个SP实例
final class SharedPreferencesImpl implements SharedPreferences {
    //用来存储该SP的所有Key-Value对 
    private Map<String, Object> mMap;
    SharedPreferencesImpl(File file, int mode) {
        ......
        //构造方法从磁盘加载SP文件
        startLoadFromDisk();
    }
    private void startLoadFromDisk() {
        ......
        //启动一个名字为SharedPreferencesImpl-load的线程从磁盘读文件
        new Thread("SharedPreferencesImpl-load") {
            public void run() {
                loadFromDisk();
            }
        }.start();
    }
    //子线程中读取文件解析成key-value对Map
    private void loadFromDisk() {
        ......
        Map map = null;
        StructStat stat = null;
        try {
            stat = Os.stat(mFile.getPath());
            if (mFile.canRead()) {
                BufferedInputStream str = null;
                try {
                    str = new BufferedInputStream(
                            new FileInputStream(mFile), 16*1024);
                    map = XmlUtils.readMapXml(str);
                } catch (Exception e) {
                    Log.w(TAG, "Cannot read " + mFile.getAbsolutePath(), e);
                } finally {
                    IoUtils.closeQuietly(str);
                }
            }
        } catch (ErrnoException e) {
            /* ignore */
        }
        synchronized (mLock) {
            mLoaded = true;
            if (map != null) {
                mMap = map;
                mStatTimestamp = stat.st_mtime;
                mStatSize = stat.st_size;
            } else {
                mMap = new HashMap<>();
            }
            //子线程读取SP文件到mMap成功后通过notify通知释放阻塞锁
            mLock.notifyAll();
        }
    }
    //通过SharedPreferences对象获取指定key的值
    //(一般与SharedPreferences获取在一个线程,主线程)
    public int getInt(String key, int defValue) {
        synchronized (mLock) {
            //阻塞等待SP读取到内存后再get
            awaitLoadedLocked();
            Integer v = (Integer)mMap.get(key);
            return v != null ? v : defValue;
        }
    }
    private void awaitLoadedLocked() {
        ......
        while (!mLoaded) {
            try {
                //阻塞等待SP读取到内存完成
                mLock.wait();
            } catch (InterruptedException unused) {
            }
        }
    }
    ......
}

从上面代码可以看出,SharedPreferences 读取 Map 虽然在子线程,但是其 getX(key) 系列方法想要调用的前提是 SharedPreferences 子线程已经读取完成,否则就会阻塞,所以 SharedPreferences 中如果存储太大内容或者太多内容导致 XML 解析等变慢就会导致后面的 getX(key) 阻塞主线程,从而导致主线程卡顿,所以说 SharedPreferences 是轻量级的持久化工具。

因此首次使用一个指定 File 的 SharedPreferences 时最好先尽可能早的调用 getSharedPreferences() 获取 SharedPreferences 实例,然后在用的时候调用其 getX(key) 方法,这样就尽可能的避免了潜在的阻塞问题,不过这个建议不是绝对的,如果你的 SharedPreferences 比较小或者这种建议会破坏你代码的组织性,则可以忽略。

问:SharedPreferences 为什么存储大数据就比较占用内存?

答:通过上面一题源码的分析你会发现 SharedPreferencesImpl 会将 File 文件在子线程中全部加载到一个内存的 Map 中,而 SharedPreferences 对象又会被 ContextImpl 的 static Map 进程 Cache 操作,所以 SharedPreferencesImpl 就相当于是一个单例存储的,故而其 Map 在内存中就会持续存在,即便使用 Editor 进行修改后 commit 操作实质也是对 SharedPreferencesImpl 中 Map 进行对应操作。

//一个SharedPreferences的get操作与Editor操作对应的内存Map操作原理
final class SharedPreferencesImpl implements SharedPreferences {
    //用来存储该SP的所有Key-Value对 
    private Map<String, Object> mMap;
    ......
    SharedPreferencesImpl(File file, int mode) {
        ......
        //构造方法新起一个线程从磁盘加载SP文件解析XML到mMap中
        startLoadFromDisk();
    }
    ......
    //通过SharedPreferences对象获取指定key的值
    public int getInt(String key, int defValue) {
        ......
        Integer v = (Integer)mMap.get(key);
        return v != null ? v : defValue;
    }
    ......
    //通过SharedPreferences.edit()获取的Editor对象
    public final class EditorImpl implements Editor {
        //Editor要增删改查的操作Map记录
        private final Map<String, Object> mModified = Maps.newHashMap();
        ......
        public Editor putString(String key, @Nullable String value) {
            ......
            mModified.put(key, value);
        }
        ......
        public Editor remove(String key) {
            ......
            mModified.put(key, this);
        }
        ......
        //提交到内存mMap
        // Returns true if any changes were made
        private MemoryCommitResult commitToMemory() {
            ......
            for (Map.Entry<String, Object> e : mModified.entrySet()) {
                String k = e.getKey();
                Object v = e.getValue();
                if (v == this || v == null) {
                    if (!mMap.containsKey(k)) {
                        continue;
                    }
                    mMap.remove(k);
                } else {
                    if (mMap.containsKey(k)) {
                        Object existingValue = mMap.get(k);
                        if (existingValue != null && existingValue.equals(v)) {
                            continue;
                        }
                    }
                    mMap.put(k, v);
                }
                changesMade = true;
                if (hasListeners) {
                    keysModified.add(k);
                }
            }
            //清空Editor的mModified的Map
            mModified.clear();
            ......
        }
        ......
        //commit提交
        public boolean commit() {
            ......
            //提交到内存
            MemoryCommitResult mcr = commitToMemory();
            //提交到磁盘文件
            SharedPreferencesImpl.this.enqueueDiskWrite(
                mcr, null /* sync write on this thread okay */);
            try {
                mcr.writtenToDiskLatch.await();
            } catch (InterruptedException e) {
                return false;
            } finally {
                ......
            }
            notifyListeners(mcr);
            return mcr.writeToDiskResult;
        }
        ......
    }
}

你可以理解成一个 SharedPreferencesFile 对应一个单例的 SharedPreferencesImpl 对象,这个单例的 SharedPreferencesImpl 实例化时会将文件全部加载到内存中以 Map 存储,然后 Editor 操作会 new 一个新的 modifyMap,接着到了 Editor 的 commit 操作时会将 modifyMap 进行遍历增删改查到 SharedPreferencesImpl 的 Map 中,然后进行存盘操作。

而 SharedPreferencesImpl 进行 getX(key) 操作时都是直接从 SharedPreferencesImpl 的 Map 中进行读取的,所以说 SharedPreferences 只适合轻量级的数据存储操作。

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