Android源码进阶之深入理解SharedPreference原理机制

前言

很久没有分析源码了，今天我们来分析下SharedPreferences；

大家一起来学习；

一、SharedPreferences简单使用

1、创建

第一个参数是储存的xml文件名称，第二个是打开方式，一般就用

Context.MODE_PRIVATE；
SharedPreferences sp=context.getSharedPreferences("名称", Context.MODE_PRIVATE);

2、写入

//可以创建一个新的SharedPreference来对储存的文件进行操作
SharedPreferences sp=context.getSharedPreferences("名称", Context.MODE_PRIVATE);
//像SharedPreference中写入数据需要使用Editor
SharedPreference.Editor editor = sp.edit();
//类似键值对
editor.putString("name", "string");
editor.putInt("age", 0);
editor.putBoolean("read", true);
//editor.apply();
editor.commit();

• apply和commit都是提交保存，区别在于apply是异步执行的，不需要等待。不论删除，修改，增加都必须调用apply或者commit提交保存；
• 关于更新：如果已经插入的key已经存在。那么将更新原来的key；
• 应用程序一旦卸载，SharedPreference也会被删除；

3、读取

SharedPreference sp=context.getSharedPreferences("名称", Context.MODE_PRIVATE);
//第一个参数是键名，第二个是默认值
String name=sp.getString("name", "暂无");
int age=sp.getInt("age", 0);
boolean read=sp.getBoolean("isRead", false);

4、检索

SharedPreferences sp=context.getSharedPreferences("名称", Context.MODE_PRIVATE);
//检查当前键是否存在
boolean isContains=sp.contains("key");
//使用getAll可以返回所有可用的键值
//Map<String,?> allMaps=sp.getAll();

5、删除

当我们要清除SharedPreferences中的数据的时候一定要先clear()、再commit()，不能直接删除xml文件；

SharedPreference sp=getSharedPreferences("名称", Context.MODE_PRIVATE);
SharedPrefence.Editor editor=sp.edit();
editor.clear();
editor.commit();

• getSharedPreference() 不会生成文件，这个大家都知道；
• 删除掉文件后，再次执行commit()，删除的文件会重生，重生文件的数据和删除之前的数据相同；
• 删除掉文件后，程序在没有完全退出停止运行的情况下，Preferences对象所存储的内容是不变的，虽然文件没有了，但数据依然存在；程序完全退出停止之后，数据才会丢失；
• 清除SharedPreferences数据一定要执行editor.clear()，editor.commit()，不能只是简单的删除文件，这也就是最后的结论，需要注意的地方

二、SharedPreferences源码分析

1、创建

SharedPreferences preferences = getSharedPreferences("test", Context.MODE_PRIVATE);

实际上context的真正实现类是ContextImp，所以进入到ContextImp的getSharedPreferences方法查看：

@Override
    public SharedPreferences getSharedPreferences(String name, int mode) {
        ......
        File file;
        synchronized (ContextImpl.class) {
            if (mSharedPrefsPaths == null) {
            //定义类型：ArrayMap<String, File> mSharedPrefsPaths;
                mSharedPrefsPaths = new ArrayMap<>();
            }
            //从mSharedPrefsPaths中是否能够得到file文件
            file = mSharedPrefsPaths.get(name);
            if (file == null) {//如果文件为null
            //就创建file文件
                file = getSharedPreferencesPath(name);
                将name，file键值对存入集合中
                mSharedPrefsPaths.put(name, file);
            }
        }
        return getSharedPreferences(file, mode);
    }

ArrayMap<String, File> mSharedPrefsPaths;对象是用来存储SharedPreference文件名称和对应的路径，获取路径是在下列方法中，就是获取data/data/包名/shared_prefs/目录下的

@Override
public File getSharedPreferencesPath(String name) {
    return makeFilename(getPreferencesDir(), name + ".xml");
}
private File getPreferencesDir() {
        synchronized (mSync) {
            if (mPreferencesDir == null) {
                mPreferencesDir = new File(getDataDir(), "shared_prefs");
            }
            return ensurePrivateDirExists(mPreferencesDir);
        }
}

路径之后才开始创建对象

@Override
    public SharedPreferences getSharedPreferences(File file, int mode) {
    //重点1
        checkMode(mode);
    .......
        SharedPreferencesImpl sp;
        synchronized (ContextImpl.class) {
        //获取缓存对象（或者创建缓存对象）
            final ArrayMap<File, SharedPreferencesImpl> cache = getSharedPreferencesCacheLocked();
            //通过键file从缓存对象中获取Sp对象
            sp = cache.get(file);
            //如果是null，就说明缓存中还没后该文件的sp对象
            if (sp == null) {
            //重点2：从磁盘读取文件
                sp = new SharedPreferencesImpl(file, mode);
                //添加到内存中
                cache.put(file, sp);
                //返回sp
                return sp;
            }
        }
        //如果设置为MODE_MULTI_PROCESS模式，那么将执行SP的startReloadIfChangedUnexpectedly方法。
        if ((mode & Context.MODE_MULTI_PROCESS) != 0 ||
            getApplicationInfo().targetSdkVersion < android.os.Build.VERSION_CODES.HONEYCOMB) {
            sp.startReloadIfChangedUnexpectedly();
        }
        return sp;
    }

就是重载之前的方法，只是入参由文件名改为File了，给创建过程加锁了synchronized ，通过方法getSharedPreferencesCacheLocked()获取系统中存储的所有包名以及对应的文件，这就是每个sp文件只有一个对应的SharedPreferencesImpl实现对象原因

流程：

• 获取缓存区，从缓存区中获取数据，看是否存在sp对象，如果存在就直接返回
• 如果不存在，那么就从磁盘获取数据，
• 从磁盘获取的数据之后，添加到内存中，
• 返回sp；

getSharedPreferencesCacheLocked

private ArrayMap<File, SharedPreferencesImpl> getSharedPreferencesCacheLocked() {
        if (sSharedPrefsCache == null) {
            sSharedPrefsCache = new ArrayMap<>();
        }
        final String packageName = getPackageName();
        ArrayMap<File, SharedPreferencesImpl> packagePrefs = sSharedPrefsCache.get(packageName);
        if (packagePrefs == null) {
            packagePrefs = new ArrayMap<>();
            sSharedPrefsCache.put(packageName, packagePrefs);
        }
        return packagePrefs;
    }

• getSharedPreferences(File file, int mode)方法中，从上面的系统缓存中分局File获取SharedPreferencesImpl对象，如果之前没有使用过，就需要创建一个对象了，通过方法checkMode(mode);
• 先检查mode是否是三种模式，然后通过sp = new SharedPreferencesImpl(file, mode);
• 创建对象，并将创建的对象放到系统的packagePrefs中，方便以后直接获取；

SharedPreferencesImpl(File file, int mode) {
        mFile = file; //存储文件
        //备份文件（灾备文件）
        mBackupFile = makeBackupFile(file);
        //模式
        mMode = mode;
        //是否加载过了
        mLoaded = false;
        // 存储文件内的键值对信息
        mMap = null;
        //从名字可以知道是：开始加载数据从磁盘
        startLoadFromDisk();
    }

• 主要是设置了几个参数，mFile 是原始文件；mBackupFile 是后缀.bak的备份文件；
• mLoaded标识是否正在加载修改文件；
• mMap用来存储sp文件中的数据，存储时候也是键值对形式，获取时候也是通过这个获取，这就是表示每次使用sp的时候，都是将数据写入内存，也就是sp数据存储数据快的原因，所以sp文件不能存储大量数据，否则执行时候很容易会导致OOM；
• mThrowable加载文件时候报的错误；
• 下面就是加载数据的方法startLoadFromDisk();从sp文件中加载数据到mMap中

2、startLoadFromDisk()

 private void startLoadFromDisk() {
        synchronized (mLock) {
            mLoaded = false;
        }
        //开启子线程加载磁盘数据
        new Thread("SharedPreferencesImpl-load") {
            public void run() {
                loadFromDisk();
            }
        }.start();
    }
    private void loadFromDisk() {
        synchronized (mLock) {
        //如果加载过了 直接返回
            if (mLoaded) {
                return;
            }
            //备份文件是否存在，
            if (mBackupFile.exists()) {
            //删除file原文件
                mFile.delete();
                //将备份文件命名为：xml文件
                mBackupFile.renameTo(mFile);
            }
        }
        .......
        Map map = null;
        StructStat stat = null;
        try {
        //下面的就是读取数据
            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) {
        //已经加载完毕，
            mLoaded = true;
            //数据不是null
            if (map != null) {
            //将map赋值给全局的存储文件键值对的mMap对象
                mMap = map;
                //更新内存的修改时间以及文件大小
                mStatTimestamp = stat.st_mtime;
                mStatSize = stat.st_size;
            } else {
                mMap = new HashMap<>();
            }
            //重点：唤醒所有以mLock锁的等待线程
            mLock.notifyAll();
        }
    }

• 首先判断备份文件是否存在，如果存在，就更该备份文件的后缀名；接着就开始读取数据，然后将读取的数据赋值给全局变量存储文件键值对的mMap对象，并且更新修改时间以及文件大小变量；
• 唤醒所有以mLock为锁的等待线程；
• 到此为止，初始化SP对象就算完成了，其实可以看出来就是一个二级缓存流程：磁盘到内存；

3、get获取SP中的键值对

@Nullable
    public String getString(String key, @Nullable String defValue) {
        synchronized (mLock) { 锁判断
            awaitLoadedLocked(); //等待机制
            String v = (String)mMap.get(key); //从键值对中获取数据
            return v != null ? v : defValue;
        }
    }
 private void awaitLoadedLocked() {
        .......
        while (!mLoaded) { //在加载数据完毕的时候，值为true
            try {
            //线程等待
                mLock.wait();
            } catch (InterruptedException unused) {
            }
        }
    }

如果数据没有加载完毕（也就是说mLoaded=false），此时将线程等待；

4、putXXX以及apply源码

public Editor edit() {
        //跟getXXX原理一样
        synchronized (mLock) {
            awaitLoadedLocked();
        }
        //返回EditorImp对象
        return new EditorImpl();
    }
 public Editor putBoolean(String key, boolean value) {
      synchronized (mLock) {
           mModified.put(key, value);
           return this;
         }
 }
       public void apply() {
            final long startTime = System.currentTimeMillis();
            //根据名字可以知道：提交数据到内存
            final MemoryCommitResult mcr = commitToMemory();
           ........
//提交数据到磁盘中
            SharedPreferencesImpl.this.enqueueDiskWrite(mcr, postWriteRunnable);
            //重点：调用listener
            notifyListeners(mcr);
        }

• 先执行了commitToMemory，提交数据到内存；然后提交数据到磁盘中；
• 紧接着调用了listener；

5、commitToMemory

private MemoryCommitResult commitToMemory() {
            long memoryStateGeneration;
            List<String> keysModified = null;
            Set<OnSharedPreferenceChangeListener> listeners = null;
            //写到磁盘的数据集合
            Map<String, Object> mapToWriteToDisk;
            synchronized (SharedPreferencesImpl.this.mLock) {
                if (mDiskWritesInFlight > 0) {
                    mMap = new HashMap<String, Object>(mMap);
                }
                //赋值此时缓存集合给mapToWriteToDisk 
                mapToWriteToDisk = mMap;
                .......
                synchronized (mLock) {
                    boolean changesMade = false;
                    //重点：是否清空数据
                    if (mClear) {
                        if (!mMap.isEmpty()) {
                            changesMade = true;
                            //清空缓存中键值对信息
                            mMap.clear();
                        }
                        mClear = false;
                    }
                    //循环mModified，将mModified中的数据更新到mMap中
                    for (Map.Entry<String, Object> e : mModified.entrySet()) {
                        String k = e.getKey();
                        Object v = e.getValue();
                        // "this" is the magic value for a removal mutation. In addition,
                        // setting a value to "null" for a given key is specified to be
                        // equivalent to calling remove on that key.
                        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;
                                }
                            }
                            //注意：此时把键值对信息写入到了缓存集合中
                            mMap.put(k, v);
                        }
.........
                    }
                    //清空临时集合
                    mModified.clear();
                   ......
                }
            }
            return new MemoryCommitResult(memoryStateGeneration, keysModified, listeners,
                    mapToWriteToDisk);
        }

• mModified就是我们本次要更新添加的键值对集合；
• mClear是我们调用clear()方法的时候赋值的；
• 大致流程就是：首先判断是否需要清空内存数据，然后循环mModified集合，添加更新数据到内存的键值对集合中；

6、commit方法

public boolean commit() {
            .......
            //更新数据到内存
            MemoryCommitResult mcr = commitToMemory();
            //更新数据到磁盘
            SharedPreferencesImpl.this.enqueueDiskWrite(
                mcr, null /* sync write on this thread okay */);
            try {
            //等待：等待磁盘更新数据完成
                mcr.writtenToDiskLatch.await();
            } catch (InterruptedException e) {
                return false;
            } finally {
                if (DEBUG) {
                    Log.d(TAG, mFile.getName() + ":" + mcr.memoryStateGeneration
                            + " committed after " + (System.currentTimeMillis() - startTime)
                            + " ms");
                }
            }
            //执行listener回调
            notifyListeners(mcr);
            return mcr.writeToDiskResult;
        }

• 首先apply没有返回值，commit有返回值；
• 其实apply执行回调是和数据写入磁盘并行执行的，而commit方法执行回调是等待磁盘写入数据完成之后；

二、QueuedWork详解

1、QueuedWork

QueuedWork这个类，因为sp的初始化之后就是使用，前面看到，无论是apply还是commit方法都是通过QueuedWork来实现的；

QueuedWork是一个管理类，顾名思义，其中有一个队列，对所有入队的work进行管理调度；

其中最重要的就是有一个HandlerThread

private static Handler getHandler() {
        synchronized (sLock) {
            if (sHandler == null) {
                HandlerThread handlerThread = new HandlerThread("queued-work-looper",
                        Process.THREAD_PRIORITY_FOREGROUND);
                handlerThread.start();
                sHandler = new QueuedWorkHandler(handlerThread.getLooper());
            }
            return sHandler;
        }
    }

2、入队queue

// 如果是commit，则不能delay，如果是apply，则可以delay
    public static void queue(Runnable work, boolean shouldDelay) {
        Handler handler = getHandler();
        synchronized (sLock) {
            sWork.add(work);
            if (shouldDelay && sCanDelay) {
                // 默认delay的时间是100ms
                handler.sendEmptyMessageDelayed(QueuedWorkHandler.MSG_RUN, DELAY);
            } else {
                handler.sendEmptyMessage(QueuedWorkHandler.MSG_RUN);
            }
        }
    }

3、消息的处理

private static class QueuedWorkHandler extends Handler {
        static final int MSG_RUN = 1;
        QueuedWorkHandler(Looper looper) {
            super(looper);
        }
        public void handleMessage(Message msg) {
            if (msg.what == MSG_RUN) {
                processPendingWork();
            }
        }
    }
    private static void processPendingWork() {
        synchronized (sProcessingWork) {
            LinkedList<Runnable> work;
            synchronized (sLock) {
                work = (LinkedList<Runnable>) sWork.clone();
                sWork.clear();
                getHandler().removeMessages(QueuedWorkHandler.MSG_RUN);
            }
            if (work.size() > 0) {
                for (Runnable w : work) {
                    w.run();
                }
            }
        }
    }

• 可以看到，调度非常简单，内部有一个sWork，需要执行的时候遍历所有的runnable执行；
• 对于apply操作，会有一定的延迟再去执行work，但是对于commit操作，则会马上触发调度，而且并不仅仅是调度commit传过来的那个任务，而是马上就调度队列中所有的work；

4、waitToFinish

系统中很多地方会等待sp的写入文件完成，等待方式是通过调用QueuedWork.waitToFinish();

public static void waitToFinish() {
        Handler handler = getHandler();
        synchronized (sLock) {
            // 移除所有消息，直接开始调度所有work
            if (handler.hasMessages(QueuedWorkHandler.MSG_RUN)) {
                handler.removeMessages(QueuedWorkHandler.MSG_RUN);
            }
            sCanDelay = false;
        }
        StrictMode.ThreadPolicy oldPolicy = StrictMode.allowThreadDiskWrites();
        try {
            // 如果是waitToFinish调用过来，则马上执行所有的work
            processPendingWork();
        } finally {
            StrictMode.setThreadPolicy(oldPolicy);
        }
        try {
            // 在所有的work执行完毕之后，还需要执行Finisher
            // 前面在apply的时候有一步是QueuedWork.addFinisher(awaitCommit);
            // 其中的实现是等待sp文件的写入完成
            // 如果没有通过msg去调度而是通过waitToFinish，则那个runnable就会在这里被执行
            while (true) {
                Runnable finisher;
                synchronized (sLock) {
                    finisher = sFinishers.poll();
                }
                if (finisher == null) {
                    break;
                }
                finisher.run();
            }
        } finally {
            sCanDelay = true;
        }
        ...
    }

系统中对于四大组件的处理逻辑都在ActivityThread中实现，在service/activity的生命周期的执行中都会等待sp的写入完成，正是通过调用QueuedWork.waitToFinish()，确保app的数据正确的写入到disk；

5、sp使用的建议

• 对数据实时性要求不高，尽量使用apply
• 如果业务要求必须数据成功写入，使用commit
• 减少sp操作频次，尽量一次commit把所有的数据都写入完毕
• 可以适当考虑不要在主线程访问sp
• 写入sp的数据尽量轻量级

总结：

SharedPreferences的本身实现就是分为两步，一步是内存，一部是磁盘，而主线程又依赖SharedPreferences的写入，所以可能当io成为瓶颈的时候，App会因为SharedPreferences变的卡顿，严重情况下会ANR，总结下来有以下几点：

• 存放在xml文件中的数据会被装在到内存中，所以获取数据很快
• apply是异步操作，提交数据到内存，并不会马上提交到磁盘
• commit是同步操作，会等待数据写入到磁盘，并返回结果
• 如果有同一个线程多次commit，则后面的要等待前面执行结束
• 如果多个线程对同一个sp并发commit，后面的所有任务会进入到QueuedWork中排队执行，且都要等第一个执行完毕

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