SharedPreferences详解及其ANR解决方案

傷城~ 2023-10-14 15:09 88阅读 0赞

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#### 目录 ####

*  一、导读
 *  二、概览
 *  三、使用
 *  四、原理
 *  五、存在的问题
 *  六、优化
 *   *  6.1 DataStore
     *  6.2 MMKV
     *  6.3 sp优化
 *  七、 推荐阅读

![在这里插入图片描述][f5ba2a630958460ab6a581523327cf4d.png]

## 一、导读 ##

我们继续总结学习**Java基础知识**，温故知新。

## 二、概览 ##

SharedPreferences 是 Android 平台上用于存储轻量级键值对数据的一种机制。它提供了一种简单的方式来保存和获取应用程序的数据。

SharedPreferences 存储的数据是基于键值对的，每个存储项都有一个唯一的键和对应的值。可以通过键来检索特定的值，也可以修改、添加或删除已存储的值。

SharedPreferences 存储的数据是持久化的，即使应用程序被关闭或设备重启，存储的数据仍然可用。

SharedPreferences 首次初始化时把整个xml文件加载到内存中，在使用过程中容易出现ANR，主要是因为加锁及线程等待。  
ANR发生在QueuedWork.waitToFinish()方法。

## 三、使用 ##

SharedPreferences 的使用非常方便，最终数据是以xml文件的形式存在在 /data/data/项目包名/shared\_prefs/sp\_name.xml文件

// 1、获取实例
    SharedPreferences sp = mContext.getSharedPreferences("sp_name", Context.MODE_PRIVATE);
    
    // 2、获取edit
    SharedPreferences.Editor edit = sp.edit();
    
    // 3、以key - value 的方式存储 
    edit.putInt("KEY_SOPHIX", 0); 
    
    // 4、异步写入数据
    edit.apply();
    
    // 4、同步写入数据
    edit.commit();

// 1、获取实例
    SharedPreferences sp = getContext().getSharedPreferences("sp_name", Context.MODE_PRIVATE);
    
    // 2、通过key 获取value，后面一个是默认值
    String var1 = sp.getString("key", "");

## 四、原理 ##

SharedPreferences **基于键值对**的存储原理。它是通过一个 XML 文件来保存数据，文件位于应用的私有存储空间中。  
并且是基于内存缓存的， SharedPreferences在读取xml文件时，会**把整个xml文件加载到内存中**，并以DOM的形式进行解析。  
当应用程序再次访问同一个 SharedPreferences 对象时，系统会直接从内存中读取数据，而不是每次都从 XML 文件中读取。  
当**新增一个K-V时，写入磁盘是全量更新**，即会把之前的文件再次更新一遍。

所以SharedPreferences适用于存储轻量级的数据。

我们在调用getxxx方法时，获取到的数据是内存中的数据，  
在保存数据时，也是先保存在内存，再写入文件。

String getString(String key, @Nullable String defValue);
    
        @Override
        @Nullable
        public String getString(String key, @Nullable String defValue) {
        
            synchronized (mLock) {
        
                awaitLoadedLocked();
                String v = (String)mMap.get(key);
                return v != null ? v : defValue;
            }
        }
    
        @Override
        public Editor putString(String key, @Nullable String value) {
        
            synchronized (mEditorLock) {
        
                mModified.put(key, value);
                return this;
            }
        }

commit保存数据，先内存，再磁盘，这是一个同步的过程

@Override
        public boolean commit() {
        
            long startTime = 0;
    
            // 数据保存到内存
            MemoryCommitResult mcr = commitToMemory();
    
    
            // 数据保存到磁盘文件
            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;
        }

apply 保存数据，先内存，再异步保存到磁盘

@Override
        public void apply() {
        
            final long startTime = System.currentTimeMillis();
            
            // 数据保存到内存
            final MemoryCommitResult mcr = commitToMemory();
            final Runnable awaitCommit = new Runnable() {
        
                    @Override
                    public void run() {
        
                        try {
        
                            看这里
                            //这里的操作使用CountDownLatch实现等待效果，writtenToDiskLatch类型是CountDownLatch(1)
                            里面啥也没干，就是进行阻塞
                            mcr.writtenToDiskLatch.await();
                        } catch (InterruptedException ignored) {
        
                        }
    
                    }
                };
    
            看这里
            //将awaitCommit加入队列中，后续Activity的onStop()中即会执行这个Runnable等待
            QueuedWork.addFinisher(awaitCommit);
    
            Runnable postWriteRunnable = new Runnable() {
        
                    @Override
                    public void run() {
        
                        awaitCommit.run();
                        QueuedWork.removeFinisher(awaitCommit);
                    }
                };
            
            // 数据异步保存到磁盘
            SharedPreferencesImpl.this.enqueueDiskWrite(mcr, postWriteRunnable);
    
            notifyListeners(mcr);
        }

加锁  
QueuedWork.java

这个就是后面 Activity的onStop()、Service的onDestroy()执行时，QueuedWork.waitToFinish()里面要执行的线程
        
        public static void addFinisher(Runnable finisher) {
        
            synchronized (sLock) {
        
                sFinishersField.add(finisher);
            }
        }

写文件后释放锁  
SharedPreferencesImpl.java

private void writeToFile(MemoryCommitResult mcr, boolean isFromSyncCommit) {
        
        
            mcr.setDiskWriteResult(false, true);
            
        }
    
        看这里
        void setDiskWriteResult(boolean wasWritten, boolean result) {
        
    
            这里就是上面awaitCommit 线程
            writtenToDiskLatch.countDown();
        }

## 五、存在的问题 ##

1.  读取xml文件时，会把整个xml文件直接加载到内存中解析，如果文件过大，容易出内存问题。
2.  文件数据的读取都加锁，如果SP 文件未被加载或解析到内存中，读写操作都需要等待，可能会对UI线程流畅度造成一定影响，甚至ANR.
3.  在保存数据，apply 及 commit 都会出现ANR问题。

具体可以看上面的源码， apply 其实利用了CountDownLatch机制，阻塞了当前线程，后续 Activity 的onStop()  
中会将这里的awaitCommit取出来执行，即UI线程会阻塞等待sp文件写入磁盘。  
所以我们有的时候可以看到退出一个页面的时候，感觉也会卡，因为阻塞了主线程。

Activity的onStop()、Service的onDestroy()执行时，都会调用到QueuedWork.waitToFinish()方法。  
具体代码在ActivithThread.java

public static void waitToFinish() {
        
            long startTime = System.currentTimeMillis();
            
    
            try {
        
                while (true) {
        
                    Runnable finisher;
    
                    synchronized (sLock) {
        
                        finisher = sFinishersField.poll();
                    }
    
                    if (finisher == null) {
        
                        break;
                    }
    
                    finisher.run();
                }
            } finally {
        
                sCanDelay = true;
            }
    
        }

借用一张图总结下：  
图片来自：[今日头条 ANR 优化实践系列 - 告别 SharedPreference 等待][ANR _ - _ SharedPreference]  
![1][]

## 六、优化 ##

### 6.1 DataStore ###

DataStore

### 6.2 MMKV ###

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，且支持多进程访问。  
使用起来也非常简单，先引入依赖

dependencies {
        
        implementation 'com.tencent:mmkv:1.3.0'
        // replace "1.3.0" with any available version
    }

public void onCreate() {
        
        super.onCreate();
    
        String rootDir = MMKV.initialize(this);
        System.out.println("mmkv root: " + rootDir);
        //……
    }
    
    
    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");

MMKV地址：https://github.com/tencent/mmkv

### 6.3 sp优化 ###

*  SP文件按分类去加载存储，K-V数据不要太多。
 *  利用反射，使waitToFinish 失效

参考头条的文章，如果需要主线程在 waitToFinish 的时候直接跳过去，让 sPendingWorkFinishers.poll()返回为 null，  
则这里的等待行为直接就跳过去了，sPendingWorkFinishers 是个 ConcurrentLinkedQueue 集合，  
可以直接动态代理这个集合，复写 poll 方法，让其永远返回 null，这个时候 UI 永远不会等待子线程写入文件完毕。

ActivithThread.java

public static void waitToFinish() {
        
    
            try {
        
                看这里，这里也可能发生ANR 哦，
                processPendingWork();
            } finally {
         
                StrictMode.setThreadPolicy(oldPolicy);
            }
            try {
        
                while (true) {
        
                    synchronized (sLock) {
        
                        finisher = sFinishersField.poll();
                    }
    
                    看这里，不让它执行即可，
                    if (finisher == null) {
        
                        break;
                    }
                    
                    finisher.run();
                }
            } finally {
        
            }
    
        }

为什么可以这么做呢，我们回头看看源码，这里面加入进来的线程，其实就一个线程阻塞的方法，  
我们不让它运行，就不会阻塞主线程了。  
mcr.writtenToDiskLatch.await();

Class<?> aClass = Class.forName("android.app.QueuedWork");
    if (Build.VERSION.SDK_INT >= Build.VERSION_CODES.O && Build.VERSION.SDK_INT <= Build.VERSION_CODES.S) {
        
        
        获取指定name名称的(包含private修饰的)字段，不包括继承的字段
        Field sFinishersField = aClass.getDeclaredField("sFinishersField");
        
        将此对象的 accessible 标志设置为指示的布尔值,即设置其可访问性
        sFinishersField.setAccessible(true);
        
        返回指定对象上此 Field 表示的字段的值，这里返回的是 LinkedList<Runnable> sFinishersField = new LinkedList<>()
        LinkedList<?> sPendingWorkFinishers = (LinkedList<?>) sFinishersField.get(null);
        
        HookLinkedList<?> proxyFinishers = new HookLinkedList<>(sPendingWorkFinishers);
        将指定对象变量上此 Field 对象表示的字段设置为指定的新值。
        sFinishersField.set(null, proxyFinishers);
    }
    
    
    private static class HookLinkedList<T> extends LinkedList<T> {
        
    
        private final LinkedList<T> linkedList;
    
        public HookLinkedList(LinkedList<T> linkedList) {
        
            this.linkedList = linkedList;
        }
    
        /**
         * always return null
         */
        @Nullable
        @Override
        public T poll() {
        
            return null;
        }
    
        @Override
        public boolean add(T t) {
        
            return linkedList.add(t);
        }
    
        @Override
        public boolean isEmpty() {
        
            return true;
        }
    
        @Override
        public boolean remove(@Nullable Object o) {
        
            return linkedList.remove(o);
        }
    }

由于源码不一样，8.0以下用以下方法，方式跟上面一样

Field sPendingWorkFinishers = aClass.getDeclaredField("sPendingWorkFinishers");
    sPendingWorkFinishers.setAccessible(true);
    ConcurrentLinkedQueue<?> sPendingWorkFinishers = (ConcurrentLinkedQueue<?>) sPendingWorkFinishers.get(null);
    SpConcurrentLinkedQueue<?> proxyFinishers = new SpConcurrentLinkedQueue<>(sPendingWorkFinishers);
    sPendingWorkFinishers.set(null, proxyFinishers);
    
    
    private static class SpConcurrentLinkedQueue<T> extends ConcurrentLinkedQueue<T> {
        
    
        private final ConcurrentLinkedQueue<T> concurrentLinkedQueue;
    
        public MyConcurrentLinkedQueue(ConcurrentLinkedQueue<T> concurrentLinkedQueue) {
        
            this.concurrentLinkedQueue = concurrentLinkedQueue;
        }
    
        /**
         * always return null
         */
        @Nullable
        @Override
        public T poll() {
        
            return null;
        }
    
        @Override
        public boolean remove(@Nullable Object o) {
        
            return concurrentLinkedQueue.remove(o);
        }
    
        @Override
        public boolean isEmpty() {
        
            return true;
        }
    
        @Override
        public boolean add(T t) {
        
            return concurrentLinkedQueue.add(t);
        }
    }

processPendingWork的ANR 也要处理下，这里有两个block点

*  异步线程正在执行 processPendingWork函数，异步工作线程持有 sProcessingWork锁，因此主线程执行 processPendingWork时 ，因为获取不到 sProcessingWork锁 ，出现锁等待
 *  当主线程成功获取到 sProcessingWork锁，调用clone函数时，sWork队列中 确实存在未执行的任务，这部分任务将在主线程直接执行，如果此时IO操作较慢，则主线程因为慢IO出现阻塞甚至ANR

***思路原理：***  
无论实在哪个线程执行，代理的clone函数都返回空队列，这样保证了processPendingWork的调用不会出现互相阻塞，相当于processPendingWork实际上没有执行任何操作， 并且通过反射获取QueuedWork的mHandler的Looper对象，创建一个新的Hander,并将sWork中的任务提交到这个Handler去执行，从而实现了无阻塞运行

推荐一个大佬的开源，里面有完整的处理代码，  
再借一张大佬图：  
![d][]  
github： https://github.com/Knight-ZXW/SpWaitKiller

## 七、 推荐阅读 ##

[Java 专栏][Java]

[SQL 专栏][SQL]

[数据结构与算法][Link 1]

[Android学习专栏][Android]

[f5ba2a630958460ab6a581523327cf4d.png]: https://img-blog.csdnimg.cn/f5ba2a630958460ab6a581523327cf4d.png
[ANR _ - _ SharedPreference]: https://mp.weixin.qq.com/s?__biz=MzI1MzYzMjE0MQ==&mid=2247488558&idx=1&sn=27dda3c3630116d37ab56a8c7bdf1382&chksm=e9d0dfccdea756daed46b340fb8021b57ea8cc300e58bdb59f0305f8290704984308a089bf2d&mpshare=1&scene=1&srcid=0601Nb7Ql0H0LpUS9a8oUghl&sharer_sharetime=1685585864008&sharer_shareid=0decb05838a834d8506b0ef2a6d45365#rd
[1]: https://img-blog.csdnimg.cn/img_convert/f7d061695d0edd3993e09b7d2e965b66.png
[d]: https://img-blog.csdnimg.cn/b0040c16bc7649d98ba548803ff105cf.png?x-oss-process=image/watermark,type_d3F5LXplbmhlaQ,shadow_50,text_Q1NETiBA5Y2T5L-u5q2m,size_20,color_FFFFFF,t_70,g_se,x_16
[Java]: https://blog.csdn.net/fumeidonga/category_12311533.html
[SQL]: http://t.csdn.cn/4i3TW
[Link 1]: http://t.csdn.cn/9gGNy
[Android]: http://t.csdn.cn/A0aTR