MMKV框架原理解密之01MMKV使用

作者: Android进阶架构 | 来源:发表于2020-07-23 22:03 被阅读0次

MMKV简介

腾讯微信团队于2018年9月底宣布开源 MMKV ,这是基于 mmap 内存映射的 key-value 组件,底层序列化/反序列化使用 protobuf 实现,主打高性能和稳定性。近期也已移植到 Android 平台,一并对外开源。

MMKV 是基于 mmap 内存映射的 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。近期也已移植到 Android 平台,一并开源。

MMKV最新源码托管地址:https://github.com/Tencent/MMKV

MMKV 源起

在微信客户端的日常运营中,时不时就会爆发特殊文字引起系统的 crash ,文章里面设计的技术方案是在关键代码前后进行计数器的加减,通过检查计数器的异常,来发现引起闪退的异常文字。在会话列表、会话界面等有大量 cell 的地方,希望新加的计时器不会影响滑动性能;另外这些计数器还要永久存储下来——因为闪退随时可能发生。

这就需要一个性能非常高的通用 key-value 存储组件,我们考察了 SharedPreferences、NSUserDefaults、SQLite 等常见组件,发现都没能满足如此苛刻的性能要求。考虑到这个防 crash 方案最主要的诉求还是实时写入,而 mmap 内存映射文件刚好满足这种需求,我们尝试通过它来实现一套 key-value 组件。

MMKV 原理

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。考虑到我们要提供的是通用 kv 组件,key 可以限定是 string 字符串类型,value 则多种多样(int/bool/double 等)。要做到通用的话,考虑将 value 通过 protobuf 协议序列化成统一的内存块(buffer),然后就可以将这些 KV 对象序列化到内存中。

写入优化

标准 protobuf 不提供增量更新的能力,每次写入都必须全量写入。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:将增量 kv 对象序列化后,直接 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。

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。例如同一个 key 不断更新的话,是可能耗尽几百 M 甚至上 G 空间,而事实上整个 kv 文件就这一个 key,不到 1k 空间就存得下。这明显是不可取的。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。

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。

CRC即循环冗余校验码(Cyclic Redundancy Check [1] ):是数据通信领域中最常用的一种查错校验码,其特征是信息字段和校验字段的长度可以任意选定。循环冗余检查(CRC)是一种数据传输检错功能,对数据进行多项式计算,并将得到的结果附在帧的后面,接收设备也执行类似的算法,以保证数据传输的正确性和完整性

MMKV for Android 特有功能

我们不是简简单单地照搬 iOS 的实现,在迁移到 Android 的过程中,深入分析了 Android 平台现有 kv 组件的痛点,在原有功能基础上,开发了 Android 特有的功能。

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。具体实现原理我们中秋节后分享,心急的同学可以前往 GitHub 查看源码和 wiki 文档。

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。

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。事实上这个功能也回馈到了 iOS 版,所以现在两个系统的 MMKV 都有加密功能。

Android 快速上手

MMKV 已托管到 bintray(JCenter),可以直接使用。在 App 的 build.gradle 里加上依赖:
MMKV 的使用非常简单,所有变更立马生效,无需调用 sync、apply。 在 App 启动时初始化 MMKV,设定 MMKV 的根目录(files/mmkv/),例如在 MainActivity 里:

MMKV 提供一个全局的实例,可以直接使用:

如果不同业务需要区别存储,也可以单独创建自己的实例:

SharedPreferences 迁移
MMKV 提供了 importFromSharedPreferences() 函数,可以比较方便地迁移数据过来。

MMKV 还额外实现了一遍 SharedPreferences、SharedPreferences.Editor 这两个 interface,在迁移的时候只需两三行代码即可,其他 CRUD 操作代码都不用改。

dependencies {
    implementation 'com.tencent:mmkv:1.0.10'
    // replace "1.0.10" with any available version
}
1234
  @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);
        String rootDir = MMKV.initialize(this);
        System.out.println("mmkv root: " + rootDir);
    }
    private void getSomeValue(){
        MMKV kv = MMKV.defaultMMKV();
        kv.encode("bool", true);
        boolean bValue = kv.decodeBool("bool");
        kv.encode("int", Integer.MIN_VALUE);
        int iValue = kv.decodeInt("int");
        kv.encode("string", "Hello from mmkv");
        String str = kv.decodeString("string");
    }
12345678910111213141516

补充:
mmkv使用的是用户不可见的私有存储,和sp类似,并不需要权限,但是和app绑定:
mmkv的写入逻辑是:当我们覆盖某个值的时候,它并不会立即删除前面的值,会保留,然后每个key,value有存储限制,当触发存储限制的时候,才会执行删除,这样即使我们频繁的覆盖,也不会引起太多的性能损耗

解答一些疑问:mmkv是可以自己设定不同的存储目录的
MMKV.mmkvWithID(MMKV_KEY, relativePath);

补充适用建议:如果使用请务必做code19版本的适配,这个在github官网有说明

依赖下面这个库,然后对19区分处理
implementation ‘com.getkeepsafe.relinker:relinker:1.3.1’

    if (android.os.Build.VERSION.SDK_INT == 19) {
        MMKV.initialize(relativePath, new MMKV.LibLoader() {
            @Override
            public void loadLibrary(String libName) {
                ReLinker.loadLibrary(context, libName);
            }
        });
    } else {
        MMKV.initialize(context);
    }
12345678910

在mmkv的使用过程中,我的对象存储方式是,转化成json串,通过字符串存储,使用的时候在取出来转化

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