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Android源码分析之SharedPreferences
在Android的日常开发中，相信大家都用过SharedPreferences来保存用户的某些settings值。Shared Preferences
以键值对的形式存储私有的原生类型数据，这里的私有的是指只对你自己的app可见的，也就是说别的app是无法访问到的。
客户端代码为了使用它有2种方式，一种是通过Context#getSharedPreferences(String prefName, int mode)方法，
另一种是Activity自己的getPreferences(int mode)方法，其内部还是调用了前者只是用activity的类名做了prefName而已，
我们先来看下Conext#getSharedPreferences的内部实现。其具体实现在ContextImpl.java文件中，代码如下：
@Override public SharedPreferences getSharedPreferences(String name, int mode) { SharedPreferencesImpl sp; // 这个是我们接下来要分析的重点类 synchronized (ContextImpl.class) { if (sSharedPrefs == null) { // sSharedPrefs是一个静态的ArrayMap，注意这个类型，表示一个包可以对应有一组SharedPreferences sSharedPrefs = new ArrayMap<String, ArrayMap<String, SharedPreferencesImpl>>(); } // ArrayMap<String, SharedPreferencesImpl>表示文件名到SharedpreferencesImpl的映射关系 final String packageName = getPackageName(); // 先通过包名找到与之关联的prefs集合packagePrefs ArrayMap<String, SharedPreferencesImpl> packagePrefs = sSharedPrefs.get(packageName); if (packagePrefs == null) { // lazy initialize packagePrefs = new ArrayMap<String, SharedPreferencesImpl>(); sSharedPrefs.put(packageName, packagePrefs); // 添加到全局sSharedPrefs中 } // At least one application in the world actually passes in a null // name. This happened to work because when we generated the file name // we would stringify it to "null.xml". Nice. if (mPackageInfo.getApplicationInfo().targetSdkVersion < Build.VERSION_CODES.KITKAT) { if (name == null) { name = "null"; // name传null时候的特殊处理，用"null"代替 } } sp = packagePrefs.get(name); // 再找与文件名name关联的sp对象； if (sp == null) { // 如果还没有， File prefsFile = getSharedPrefsFile(name); // 则先根据name构建一个prefsFile对象 sp = new SharedPreferencesImpl(prefsFile, mode); // 再new一个SharedPreferencesImpl对象的实例 packagePrefs.put(name, sp); // 并添加到packagePrefs中
return sp; // 第一次直接return } }
// 如果不是第一次，则在Android3.0之前或者mode设置成了MULTI_PROCESS的话，调用reload if ((mode & Context.MODE_MULTI_PROCESS) != 0 || getApplicationInfo().targetSdkVersion < android.os.Build.VERSION_CODES.HONEYCOMB) { // If somebody else (some other process) changed the prefs // file behind our back, we reload it. This has been the // historical (if undocumented) behavior. sp.startReloadIfChangedUnexpectedly(); // 将硬盘中最新的改动重新加载到内存中 } return sp; // 最后返回SharedPreferences的具体对象sp }
通过分析这段代码我们大体能得到2个重要结论：
1. 静态的ArrayMap变量sSharedPrefs，因为它一直伴随我们的app存在，所以如果你的SharedPreferences很多的话，map会很大，
从而会占用较大部分内存；一般来说，你可以将多个小的prefs文件合并到一个稍大的里面。
2. 当你用SharedPreferences来跨进程通信的时候，你会发现你不能像往常（非MODE_MULTI_PROCESS的情况）那样，调用一次
getSharedPreferences方法然后用这个实例来读取值。因为如果你不是每次调用getSharedPreferences方法的话，此方法最后的那段
reload代码不会被执行，那么可能别的进程写的最新数据在你的进程里面还是看不到（本人项目亲历）。而且reload虽然不在UI线程中操
作但毕竟也是耗时（费力）的IO操作，所以Android doc关于Context.MODE_MULTI_PROCESS字段的说明中也明确提及有更好的跨进
程通信方式。
看SharedPreferences的源码我们知道它只是一个接口而已，在其内部又有2个嵌套的接口：OnSharedPreferenceChangeListener
和Editor；前者代表了回调接口，表示当一个shared preference改变时如果你感兴趣则有能力收听到通知；Editor则定义了用来写值的
接口，而用来读数据的方法都在大的SharedPreferences接口中定义。它们的具体实现在SharedPreferencesImpl.java文件中。
下面就让我们睁大眼睛，好好研究下这个类具体是怎么实现的。和以往一样，我们还是从关键字段和ctor开始，源码如下：
// Lock ordering rules: // 这3行注释明确写明了加锁的顺序，注意下；在我们自己的代码里如果遇到类似 // - acquire SharedPreferencesImpl.this before EditorImpl.this // （需要多把锁）的情况，则最好也写清楚， // - acquire mWritingToDiskLock before EditorImpl.this // 这是个很好的习惯，方便别人看你的代码。 private final File mFile; // 我们的shared preferences背后存储在这个文件里 private final File mBackupFile; // 与mFile对应的备份文件 private final int mMode; // 如MODE_PRIVATE，MODE_WORLD_READABLE，MODE_WORLD_WRITEABLE，MODE_MULTI_PROCESS等 private Map<String, Object> mMap; // guarded by ‘this‘ 将settings缓存在内存中的map private int mDiskWritesInFlight = 0; // guarded by ‘this‘ 表示还未写到disk中的写操作的数目 private boolean mLoaded = false; // guarded by ‘this‘ 表示settings整个从disk加载到内存map中完毕的标志 private long mStatTimestamp; // guarded by ‘this‘ 文件的最近一次更新时间 private long mStatSize; // guarded by ‘this‘ 文件的size，注意这些字段都被this对象保护 private final Object mWritingToDiskLock = new Object(); // 写操作的锁对象
接着我们看看其构造器：
SharedPreferencesImpl(File file, int mode) { mFile = file; mBackupFile = makeBackupFile(file); // 根据file，产生一个.bak的File对象 mMode = mode; mLoaded = false; mMap = null; startLoadFromDisk(); }
构造器也比较简单，主要做2件事情，初始化重要变量&将文件异步加载到内存中。
下面我们紧接着看下将settings文件异步加载到内存中的操作：
private void startLoadFromDisk() { synchronized (this) { mLoaded = false; // 开始load前，将其reset（加锁），后面的loadFromDiskLocked方法会检测这个标记 } new Thread("SharedPreferencesImpl-load") { public void run() { synchronized (SharedPreferencesImpl.this) { loadFromDiskLocked(); // 在一个新的线程中开始load，注意锁加在SharedPreferencesImpl对象上， } // 也就是说这时候如果其他线程调用SharedPreferences.getXXX之类的方法都会被阻塞。 } }.start(); } private void loadFromDiskLocked() { // 此方法受SharedPreferencesImpl.this锁的保护 if (mLoaded) { // 如果已加载完毕则直接返回 return; } if (mBackupFile.exists()) { mFile.delete(); // 如果备份文件存在，则删除（非备份）文件mFile， mBackupFile.renameTo(mFile); // 将备份文件重命名为mFile（相当于mFile现在又存在了只是内容其实已经变成了mBackupFile而已） } // 或者说接下来的读操作实际是从备份文件中来的 // Debugging if (mFile.exists() && !mFile.canRead()) { Log.w(TAG, "Attempt to read preferences file " + mFile + " without permission"); } Map map = null; StructStat stat = null; try { stat = Libcore.os.stat(mFile.getPath()); // 得到文件的一系列信息，有linux c经验的同学应该都很眼熟 if (mFile.canRead()) { // 前提是文件可读啊。。。一般都是成立的，否则我们最终会得到一个空的map BufferedInputStream str = null; try { str = new BufferedInputStream( new FileInputStream(mFile), 16*1024); map = XmlUtils.readMapXml(str); // 用str中所有xml信息构造一个map返回 } catch (XmlPullParserException e) { Log.w(TAG, "getSharedPreferences", e); } catch (FileNotFoundException e) { Log.w(TAG, "getSharedPreferences", e); } catch (IOException e) { Log.w(TAG, "getSharedPreferences", e); } finally { IoUtils.closeQuietly(str); } } } catch (ErrnoException e) { } mLoaded = true; // 标记加载过了 if (map != null) { mMap = map; // 如果map非空，则设置mMap，并更新文件访问时间、文件大小字段 mStatTimestamp = stat.st_mtime; mStatSize = stat.st_size; } else { mMap = new HashMap<String, Object>(); // 否则初始化一个empty的map } notifyAll(); // 最后通知所有阻塞在SharedPreferencesImpl.this对象上的线程数据ready了，可以往下进行了 }
接下来我们看看将文件reload进内存的方法：
void startReloadIfChangedUnexpectedly() { synchronized (this) { // 也是在SharedPreferencesImpl.this对象上加锁 // TODO: wait for any pending writes to disk? if (!hasFileChangedUnexpectedly()) { // 如果没有我们之外的意外更改，则直接返回，因为我们的数据 return; // 仍然是最新的，没必要reload } startLoadFromDisk(); // 真正需要reload } } // Has the file changed out from under us? i.e. writes that // we didn‘t instigate. private boolean hasFileChangedUnexpectedly() { // 这个方法检测是否别的进程也修改了文件 synchronized (this) { if (mDiskWritesInFlight > 0) { // 知道是我们自己引起的，则直接返回false，表示是预期的 // If we know we caused it, it‘s not unexpected. if (DEBUG) Log.d(TAG, "disk write in flight, not unexpected."); return false; } } final StructStat stat; try { /* * Metadata operations don‘t usually count as a block guard * violation, but we explicitly want this one. */ BlockGuard.getThreadPolicy().onReadFromDisk(); stat = Libcore.os.stat(mFile.getPath()); } catch (ErrnoException e) { return true; } synchronized (this) { // 比较文件的最近更新时间和size是否和我们手头的一样，如果不一样则说明有unexpected修改 return mStatTimestamp != stat.st_mtime || mStatSize != stat.st_size; } }
接下来要分析的是一堆读操作相关的，各种getXXX，它们做的事情本质都是一样的，不一个个分析了，只说下大体思想：在同步块中
等待加载完成，然后直接从mMap中返回需要的信息，而不是每次都触发一次读文件操作（本人没看源码之前一直以为是读文件操作），
这里我们只看下block等待的方法：
private void awaitLoadedLocked() { // 注意此方法也是在SharedPreferencesImpl.this锁的保护下 if (!mLoaded) { // Raise an explicit StrictMode onReadFromDisk for this // thread, since the real read will be in a different // thread and otherwise ignored by StrictMode. BlockGuard.getThreadPolicy().onReadFromDisk(); } while (!mLoaded) { // 当条件变量不成立时（即没load完成）则无限等待 try { // 注意这个经典的形式我们已经见到好几次了（上一次是在HandlerThread中，还记得？） wait(); } catch (InterruptedException unused) { } } }
接下来我们看看真正修改（写）文件的操作是怎么实现的，代码如下：
// Return value from EditorImpl#commitToMemory() private static class MemoryCommitResult { // 此静态类表示EditorImpl#commitToMemory()的返回值 public boolean changesMade; // any keys different? public List<String> keysModified; // may be null public Set<OnSharedPreferenceChangeListener> listeners; // may be null public Map<?, ?> mapToWriteToDisk; // 要写到disk中的map（持有数据的map） public final CountDownLatch writtenToDiskLatch = new CountDownLatch(1); // 初始化为1的count down闭锁 public volatile boolean writeToDiskResult = false; public void setDiskWriteResult(boolean result) { // 结束写操作的时候调用，result为true表示成功 writeToDiskResult = result; writtenToDiskLatch.countDown(); // 此调用会释放所有block在await调用上的线程 } } public final class EditorImpl implements Editor { // Editor的具体实现类 private final Map<String, Object> mModified = Maps.newHashMap(); // 持有所有要修改的数据即调用putXXX方法时提供的参数 private boolean mClear = false; public Editor putString(String key, String value) { synchronized (this) { // EditorImpl.this锁用来保护mModified对象 mModified.put(key, value); // 修改不是立即写到文件中的，而是暂时放在内存的map中的 return this; // 返回当前对象，以便支持链式方法调用 } } public Editor putStringSet(String key, Set<String> values) { synchronized (this) { mModified.put(key, (values == null) ? null : new HashSet<String>(values)); return this; } } public Editor putInt(String key, int value) { synchronized (this) { mModified.put(key, value); return this; } } public Editor putLong(String key, long value) { synchronized (this) { mModified.put(key, value); return this; } } public Editor putFloat(String key, float value) { synchronized (this) { mModified.put(key, value); return this; } } public Editor putBoolean(String key, boolean value) { synchronized (this) { mModified.put(key, value); return this; } } public Editor remove(String key) { synchronized (this) { mModified.put(key, this); // 注意remove操作比较特殊，remove一个key时会put一个特殊的this对象， return this; // 后面的commitToMemory方法对此有特殊处理 } } public Editor clear() { synchronized (this) { mClear = true; return this; } } public void apply() { final MemoryCommitResult mcr = commitToMemory(); final Runnable awaitCommit = new Runnable() { public void run() { try { mcr.writtenToDiskLatch.await(); // block等待写操作完成 } catch (InterruptedException ignored) { } } }; QueuedWork.add(awaitCommit); // 将awaitCommit添加到QueueWork中；这里顺带引出一个疑问：那么apply方法到底
// 会不会导致SharedPreferences丢失数据更新呢？（有兴趣的同学可以看看QueuedWork#waitToFinish方法都在哪里，
// 什么情况下被调用了就明白了）
Runnable postWriteRunnable = new Runnable() { // 写操作完成之后要执行的runnable public void run() { awaitCommit.run(); // 执行awaitCommit runnable并从QueueWork中移除 QueuedWork.remove(awaitCommit); } }; SharedPreferencesImpl.this.enqueueDiskWrite(mcr, postWriteRunnable); // 准备将mcr写到磁盘中 // Okay to notify the listeners before it‘s hit disk // because the listeners should always get the same // SharedPreferences instance back, which has the // changes reflected in memory. notifyListeners(mcr); } // Returns true if any changes were made private MemoryCommitResult commitToMemory() { // 当此方法调用时，这里有2级锁，先是SharedPreferencesImpl.this锁， MemoryCommitResult mcr = new MemoryCommitResult(); // 然后是EditorImpl.this锁，所以当commit的时候任何调用getXXX synchronized (SharedPreferencesImpl.this) {// 的方法都会block。此方法的目的主要是构造一个合适的MemoryCommitResult对象。 // We optimistically don‘t make a deep copy until // // a memory commit comes in when we‘re already // writing to disk. if (mDiskWritesInFlight > 0) { // We can‘t modify our mMap as a currently // in-flight write owns it. Clone it before // modifying it. // noinspection unchecked mMap = new HashMap<String, Object>(mMap); // 当有多个写操作等待执行时make a copy of mMap } mcr.mapToWriteToDisk = mMap; mDiskWritesInFlight++; // 表示又多了一个（未完成的）写操作 boolean hasListeners = mListeners.size() > 0; if (hasListeners) { mcr.keysModified = new ArrayList<String>(); mcr.listeners = new HashSet<OnSharedPreferenceChangeListener>(mListeners.keySet()); } synchronized (this) { // 加锁在EditorImpl对象上 if (mClear) { // 处理clear的情况 if (!mMap.isEmpty()) { mcr.changesMade = true; mMap.clear(); } mClear = false; // reset } // 注意这里由于先处理了clear操作，所以clear并不会清掉本次写操作的数据，只会clear掉以前有的数据 for (Map.Entry<String, Object> e : mModified.entrySet()) { // 遍历mModified处理各个key、value String k = e.getKey(); Object v = e.getValue(); if (v == this) { // magic value for a removal mutation // 这个就是标记为删除的特殊value if (!mMap.containsKey(k)) { continue; } mMap.remove(k); // 从mMap中删除 } else { boolean isSame = false; if (mMap.containsKey(k)) { Object existingValue = mMap.get(k); if (existingValue != null && existingValue.equals(v)) { continue; } } mMap.put(k, v); // 将mModified中的值更新到mMap中 } mcr.changesMade = true; // 走到这步表示有更新产生 if (hasListeners) { mcr.keysModified.add(k); } } mModified.clear(); // 一次commit执行完后清空mModified，准备接下来的put操作 } } return mcr; } public boolean commit() { MemoryCommitResult mcr = commitToMemory(); SharedPreferencesImpl.this.enqueueDiskWrite( // 发起写操作 mcr, null /* sync write on this thread okay */); try { // block等待写操作完成，如果是UI线程可能会造成UI卡顿，所以Android建议我们如果不关心返回值可以考虑用apply替代 mcr.writtenToDiskLatch.await(); } catch (InterruptedException e) { return false; } notifyListeners(mcr); return mcr.writeToDiskResult; } private void notifyListeners(final MemoryCommitResult mcr) { // 注意此方法中callback调用永远发生在UI线程中 if (mcr.listeners == null || mcr.keysModified == null || mcr.keysModified.size() == 0) { return; } if (Looper.myLooper() == Looper.getMainLooper()) { for (int i = mcr.keysModified.size() - 1; i >= 0; i--) { final String key = mcr.keysModified.get(i); for (OnSharedPreferenceChangeListener listener : mcr.listeners) { if (listener != null) { listener.onSharedPreferenceChanged(SharedPreferencesImpl.this, key); } } } } else { // Run this function on the main thread. ActivityThread.sMainThreadHandler.post(new Runnable() { public void run() { notifyListeners(mcr); } }); } } }
最后我们看下SharedPreferencesImpl的最后3个重要方法（也即真正写操作发生的地方）：
/** * Enqueue an already-committed-to-memory result to be written * to disk. * * They will be written to disk one-at-a-time in the order * that they‘re enqueued. * * @param postWriteRunnable if non-null, we‘re being called * from apply() and this is the runnable to run after * the write proceeds. if null (from a regular commit()), * then we‘re allowed to do this disk write on the main * thread (which in addition to reducing allocations and * creating a background thread, this has the advantage that * we catch them in userdebug StrictMode reports to convert * them where possible to apply() ...) */ private void enqueueDiskWrite(final MemoryCommitResult mcr, // 此方法的doc写的很详细，你可以仔细阅读下 final Runnable postWriteRunnable) { final Runnable writeToDiskRunnable = new Runnable() { // 真正写操作的runnable public void run() { synchronized (mWritingToDiskLock) { // 第3把锁，保护写操作的 writeToFile(mcr); } synchronized (SharedPreferencesImpl.this) { mDiskWritesInFlight--; // 表示1个写操作完成了，少了1个in flight的了 } if (postWriteRunnable != null) { postWriteRunnable.run(); // 如果非空则执行之（apply的时候满足） } } }; final boolean isFromSyncCommit = (postWriteRunnable == null); // 判断我们是否从commit方法来的 // Typical #commit() path with fewer allocations, doing a write on // the current thread. if (isFromSyncCommit) { boolean wasEmpty = false; synchronized (SharedPreferencesImpl.this) { wasEmpty = mDiskWritesInFlight == 1; // 如果mDiskWritesInFlight是1的话表示有1个写操作需要执行 } if (wasEmpty) { // 在UI线程中直接调用其run方法执行之 writeToDiskRunnable.run(); return; // 执行完毕后返回 } } // 否则来自apply调用的话，直接扔一个writeToDiskRunnable给单线程的thread executor去执行 QueuedWork.singleThreadExecutor().execute(writeToDiskRunnable); } // 依据file创建与之对应的文件（在文件系统中） private static FileOutputStream createFileOutputStream(File file) { FileOutputStream str = null; try { str = new FileOutputStream(file); } catch (FileNotFoundException e) { File parent = file.getParentFile(); if (!parent.mkdir()) { Log.e(TAG, "Couldn‘t create directory for SharedPreferences file " + file); return null; } FileUtils.setPermissions( parent.getPath(), FileUtils.S_IRWXU|FileUtils.S_IRWXG|FileUtils.S_IXOTH, -1, -1); try { str = new FileOutputStream(file); } catch (FileNotFoundException e2) { Log.e(TAG, "Couldn‘t create SharedPreferences file " + file, e2); } } return str; } // Note: must hold mWritingToDiskLock private void writeToFile(MemoryCommitResult mcr) { // Rename the current file so it may be used as a backup during the next read if (mFile.exists()) { // 如果对应的mFile存在的话，针对于非第一次操作 if (!mcr.changesMade) { // If the file already exists, but no changes were // made to the underlying map, it‘s wasteful to // re-write the file. Return as if we wrote it // out. mcr.setDiskWriteResult(true); // 没有什么改动发生调用此方法结束，因为没啥可写的 return; } if (!mBackupFile.exists()) { // 如果没备份文件存在的话，尝试将mFile重命名为mBackupFile
// 因为如果本次写操作失败的话（可能这时数据已经不完整了或破坏掉了），下次再读的话还可以从备份文件中恢复 if (!mFile.renameTo(mBackupFile)) { // 如果重命名失败则调用mcr.setDiskWriteResult(false)结束 Log.e(TAG, "Couldn‘t rename file " + mFile + " to backup file " + mBackupFile); mcr.setDiskWriteResult(false); return; } } else { // 备份文件存在的话，则删除mFile（因为接下来我们马上要重新写一个新mFile了） mFile.delete(); } } // Attempt to write the file, delete the backup and return true as atomically as // possible. If any exception occurs, delete the new file; next time we will restore // from the backup. try { FileOutputStream str = createFileOutputStream(mFile); // 尝试创建mFile if (str == null) { // 如果失败则调用mcr.setDiskWriteResult(false)收场 mcr.setDiskWriteResult(false); return; } XmlUtils.writeMapXml(mcr.mapToWriteToDisk, str); // 将mcr的mapToWriteToDisk全部写到str对应的文件中 FileUtils.sync(str); // 将buffer中的数据都flush到底层设备中 str.close(); // 关闭文件流 ContextImpl.setFilePermissionsFromMode(mFile.getPath(), mMode, 0); // 设置文件权限根据mMode try { final StructStat stat = Libcore.os.stat(mFile.getPath()); synchronized (this) { mStatTimestamp = stat.st_mtime; // 同步更新文件相关的2个变量 mStatSize = stat.st_size; } } catch (ErrnoException e) { // Do nothing } // Writing was successful, delete the backup file if there is one. mBackupFile.delete(); // 删除备份文件，标记写操作成功完成，返回 mcr.setDiskWriteResult(true); return; } catch (XmlPullParserException e) { Log.w(TAG, "writeToFile: Got exception:", e); } catch (IOException e) { Log.w(TAG, "writeToFile: Got exception:", e); } // Clean up an unsuccessfully written file if (mFile.exists()) { // 如果以上写操作出了任何异常则删掉（内容）不完整的mFile；放心因为开始写之前我们已经备份了，哈哈 if (!mFile.delete()) { Log.e(TAG, "Couldn‘t clean up partially-written file " + mFile); } } mcr.setDiskWriteResult(false); // 标记写操作以失败告终 }
到现在我们算是明白了mMode和文件权限的关系，为了更清晰直观的展现，最后附上ContextImpl.setFilePermissionsFromMode的源码：
static void setFilePermissionsFromMode(String name, int mode, int extraPermissions) { int perms = FileUtils.S_IRUSR|FileUtils.S_IWUSR // 我们可以看出默认创建的文件权限是user自己可读可写， |FileUtils.S_IRGRP|FileUtils.S_IWGRP // 同组可读可写 |extraPermissions; // 和其他附加的，一般给0表示没附加的权限 if ((mode&MODE_WORLD_READABLE) != 0) { // 接下来我们看到只有MODE_WORLD_READABLE/MODE_WORLD_WRITEABLE有用 perms |= FileUtils.S_IROTH; // other可读 } if ((mode&MODE_WORLD_WRITEABLE) != 0) { perms |= FileUtils.S_IWOTH; // other可写 } if (DEBUG) { Log.i(TAG, "File " + name + ": mode=0x" + Integer.toHexString(mode) + ", perms=0x" + Integer.toHexString(perms)); } FileUtils.setPermissions(name, perms, -1, -1); }
通过以上分析我们可以看出每次调用commit()、apply()都会将整个settings全部写到文件中，即使你只改动了一个setting。因为它是
基于全局的，而不是增量的，所以你的客户端代码中一定不要出现一个putXXX就紧跟着一个commit/apply，而是put完所有你要的改动，
最后调用一次commit/apply即可。至此Android提供的持久化primitive数据的机制SharedPreferences就已经完全分析完毕了。
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