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MMKV为什么可以替换SharedPreferences

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马上就说
发布2020-11-11 17:39:19
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发布2020-11-11 17:39:19
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MMKV介绍

MMKV——基于 mmap 的高性能通用 key-value 组件,底层序列化/反序列化使用 protobuf 实现,性能高,稳定性强。 https://github.com/Tencent/MMKV/blob/master/readme_cn.md

MMKV 是基于 mmap 内存映射的移动端通用 key-value 组件,底层序列化/反序列化使用 protobuf 实现,性能高,稳定性强。 从 2015 年中至今,在 iOS 微信上使用已有近 3 年,其性能和稳定性经过了时间的验证。 近期已移植到 Android 平台。在腾讯内部开源半年之后,得到公司内部团队的广泛应用和一致好评。

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。

XML、JSON 更注重数据结构化,关注人类可读性和语义表达能力。 ProtoBuf 更注重数据序列化,关注效率、空间、速度,人类可读性差,语义表达能力不足(为保证极致的效率,会舍弃一部分元信息)

MMKV特点

1.高性能

可以支持实时写入

2.稳定性非常好
3.多进程访问

通过与 Android 开发同学的沟通,了解到系统自带的 SharedPreferences 对多进程的支持不好。 现有基于 ContentProvider 封装的实现,虽然多进程是支持了,但是性能低下,经常导致 ANR。 考虑到 mmap 共享内存本质上的多进程共享的,我们在这个基础上,深入挖掘了 Android 系统的能力,提供了可能是业界最高效的多进程数据共享组件。

4.匿名内存

在多进程共享的基础上,考虑到某些敏感数据(例如密码)需要进程间共享,但是不方便落地存储到文件上,直接用 mmap 不合适。 我们了解到 Android 系统提供了 Ashmem 匿名共享内存的能力,发现它在进程退出后就会消失,不会落地到文件上,非常适合这个场景。 我们很愉快地提供了 Ashmem MMKV 的功能。

5.数据加密

不像 iOS 提供了硬件层级的加密机制,在 Android 环境里,数据加密是非常必须的。 MMKV 使用了 AES CFB-128 算法来加密/解密。我们选择 CFB 而不是常见的 CBC 算法, 主要是因为 MMKV 使用 append-only 实现插入/更新操作,流式加密算法更加合适。

6.数据有效性

考虑到文件系统、操作系统都有一定的不稳定性,我们另外增加了 crc 校验,对无效数据进行甄别。

MMKV 原理

1.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。

2.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。

3.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。 这样同一个 key 会有新旧若干份数据,最新的数据在最后;那么只需在程序启动第一次打开 mmkv 时,不断用后读入的 value 替换之前的值,就可以保证数据是最新有效的。

4.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。 以内存 pagesize 为单位申请空间,在空间用尽之前都是 append 模式;当 append 到文件末尾时,进行文件重整、key 排重,尝试序列化保存排重结果; 排重后空间还是不够用的话,将文件扩大一倍,直到空间足够。

5.数据有效性

考虑到文件系统、操作系统都有一定的不稳定性,我们另外增加了 crc 校验,对无效数据进行甄别。

详细的原理请参考:https://github.com/Tencent/MMKV/wiki/design

MMKV集成

1.依赖注入

在 App 模块的 build.gradle 文件里添加:

代码语言:javascript
复制
dependencies {
    implementation 'com.tencent:mmkv-static:1.2.2'
    // replace "1.2.2" with any available version
}

Gradle 在编译工程的时候会自动从 maven 仓库下载 AAR 包。

MMKV 默认以静态库形式链接 libc++。这个库如果动态链接,会额外占用 2MB 空间(解压后)。如果你已经有其他库引入了 libc++_shared.so,并且你确保他们的库没有版本兼容问题,你可以使用动态链接 libc++ 的 MMKV,以进一步减少安装包大小:

代码语言:javascript
复制
dependencies {
    implementation 'com.tencent:mmkv:1.2.2'
    // replace "1.2.2" with any available version
}
2.初始化
代码语言:javascript
复制
// 设置初始化的根目录
String dir = getFilesDir().getAbsolutePath() + "/mmkv_2";
String rootDir = MMKV.initialize(dir);
Log.i("MMKV", "mmkv root: " + rootDir);
3.获取实例
代码语言:javascript
复制
// 获取默认的全局实例
MMKV kv = MMKV.defaultMMKV();

// 根据业务区别存储, 附带一个自己的 ID
MMKV kv = MMKV.mmkvWithID("MyID");

// 多进程同步支持
MMKV kv = MMKV.mmkvWithID("MyID", MMKV.MULTI_PROCESS_MODE);
4.具体操作
代码语言:javascript
复制
// 添加/更新数据
kv.encode(key, value);

// 获取数据
int tmp = kv.decodeInt(key);

// 删除数据
kv.removeValueForKey(key);
5.SharedPreferences迁移
代码语言:javascript
复制
private void testImportSharedPreferences() {
    MMKV mmkv = MMKV.mmkvWithID("myData");
    SharedPreferences old_man = getSharedPreferences("myData", MODE_PRIVATE);
    // 迁移旧数据
    mmkv.importFromSharedPreferences(old_man);
    // 清空旧数据
    old_man.edit().clear().commit();
    ......
}

详细的集成文档请参考:https://github.com/Tencent/MMKV/wiki/android_setup_cn

性能测试

以下是 MMKV、SharedPreferences 和 SQLite 同步写入 1000 条数据的测试结果

代码语言:javascript
复制
// MMKV
MMKV write int: loop[1000]: 12 ms
MMKV read int: loop[1000]: 3 ms

MMKV write String: loop[1000]: 7 ms
MMKV read String: loop[1000]: 4 ms

// SharedPreferences
SharedPreferences write int: loop[1000]: 119 ms
SharedPreferences read int: loop[1000]: 3 ms

SharedPreferences write String: loop[1000]: 187
SharedPreferences read String: loop[1000]: 2 ms

// SQLite
sqlite write int: loop[1000]: 101 ms
sqlite read int: loop[1000]: 136 ms

sqlite write String: loop[1000]: 29 ms
sqlite read String: loop[1000]: 93 ms

可以看到 MMKV 无论是对比 SP 还是 SQLite, 在性能上都有非常大的优势, 官方提供的数据测试结果如下

1.单进程性能

可见,MMKV 在写入性能上远远超越 SharedPreferences & SQLite,在读取性能上也有相近或超越的表现。

2.多进程性能

可见,MMKV 无论是在写入性能还是在读取性能,都远远超越 MultiProcessSharedPreferences & SQLite & SQLite, MMKV 在 Android 多进程 key-value 存储组件上是不二之选。

核心原理

Linux的内存分用户空间跟内核空间,同时页表有也分两类,用户空间页表跟内核空间页表,每个进程有一个用户空间页表,但是系统只有一个内核空间页表。 而Binder mmap的关键:更新用户空间对应的页表的同时也同步映射内核页表,让两个页表都指向同一块地址。 这样一来,数据只需要从A进程的用户空间,直接拷贝到B所对应的内核空间,而B多对应的内核空间在B进程的用户空间也有相应的映射,这样就无需从内核拷贝到用户空间了。

copy_from_user() //将数据从用户空间拷贝到内核空间 copy_to_user() //将数据从内核空间拷贝到用户空间

mmap VS 普通文件IO

1.普通文件IO

通过read/write系统调访问,先在用户空间分配一段buffer,然后,进入内核,将内容从磁盘读取到内核缓冲,最后,拷贝到用户进程空间,至少牵扯到两次数据拷贝; 同时,多个进程同时访问一个文件,每个进程都有一个副本,存在资源浪费的问题。

2.mmap

通过mmap来访问文件,mmap()将文件直接映射到用户空间,文件在mmap的时候,内存并未真正分配, 只有在第一次读取/写入的时候才会触发,这个时候,会引发缺页中断,在处理缺页中断的时候,完成内存也分配,同时也完成文件数据的拷贝。 并且,修改用户空间对应的页表,完成到物理内存到用户空间的映射,这种方式只存在一次数据拷贝,效率更高。 同时多进程间通过mmap共享文件数据的时候,仅需要一块物理内存就够了。

Android中使用mmap,可以通过RandomAccessFile与MappedByteBuffer来配合。 通过randomAccessFile.getChannel().map获取到MappedByteBuffer。然后调用ByteBuffer的put方法添加数据。

代码语言:javascript
复制
RandomAccessFile randomAccessFile = new RandomAccessFile("path","rw");
MappedByteBuffer mappedByteBuffer= randomAccessFile.getChannel().map(FileChannel.MapMode.READ_WRITE,0, randomAccessFile.length());
        
mappedByteBuffer.putChar('c');
mappedByteBuffer.getChar();

总结

通过上面的分析, 我们对 MMKV 有了一个整体上的把控, 其具体的表现如下所示

项目

评价

描述

正确性

支持多进程安全, 使用 mmap, 由操作系统保证数据回写的正确性

时间开销

使用 mmap 实现, 减少了用户空间数据到内核空间的拷贝

空间开销

使用 protocl buffer 存储数据, 同样的数据会比 xml 和 json 消耗空间小,使用的是数据追加到末尾的方式, 只有到达一定阈值之后才会触发键值合并, 不合并之前会导致同一个 key 存在多份

安全

使用 crc 校验, 甄别文件系统和操作系统不稳定导致的异常数据

开发成本

使用方式较为简单

兼容性

各个安卓版本都前后兼容

虽然 MMKV 一些场景下比 SP 稍慢(如: 首次实例化会进行数据的复写剔除重复数据, 比 SP 稍慢, 查询数据时存在 ProtocolBuffer 解码, 比 SP 稍慢), 但其逆天的数据写入速度、mmap Linux 内核保证数据的同步, 以及 ProtocolBuffer 编码带来的更小的本地存储空间占用等都是非常棒的闪光点。

参考文献:

https://www.jianshu.com/p/65334d245bc4

https://blog.csdn.net/gpf1320253667/article/details/91352887

https://github.com/Tencent/MMKV/releases

本文参与 腾讯云自媒体同步曝光计划,分享自微信公众号。
原始发表:2020-10-24,如有侵权请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除

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            • 5.数据加密
              • 6.数据有效性
              • MMKV 原理
                • 1.内存准备
                  • 2.数据组织
                    • 3.写入优化
                      • 4.空间增长
                        • 5.数据有效性
                        • MMKV集成
                          • 1.依赖注入
                            • 2.初始化
                              • 3.获取实例
                                • 4.具体操作
                                  • 5.SharedPreferences迁移
                                  • 性能测试
                                    • 1.单进程性能
                                      • 2.多进程性能
                                      • 核心原理
                                      • mmap VS 普通文件IO
                                        • 1.普通文件IO
                                          • 2.mmap
                                          • 总结
                                          相关产品与服务
                                          文件存储
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