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SP的使用及存在的问题
SharedPreferences(以下简称SP)是Android本地存储的一种方式，是以key-value的形式存储在/data/data/项目包名/shared_prefs/sp_name.xml里，SP的使用示例及源码解析参见：Android本地存储之SharedPreferences源码解析。以下是SP的一些结论：
SharedPreferences读取xml文件时，会以DOM方式解析（把整个xml文件直接加载到内存中解析），在调用getXXX()方法时取到的是内存中的数据，方法执行时会有个锁来阻塞，目的是等待文件加载完毕，没加载完成之前会wait()。SP第一次初始化到读取到数据存在一定延迟，因为需要到文件中读取数据，因此可能会对UI线程流畅度造成一定影响，严重情况下会产生ANR。SharedPreferences写文件时，如果调用的commit(),会将数据同步写入内存中，内存数据更新，再同步写入磁盘中; 如果调用的apply(),会将数据同步写入内存中，内存数据更新，然后异步写人磁盘，也就是说可能写磁盘操作还没有完成就直接返回了。在UI线程中建议使用apply()，因为同步写磁盘，当文件较大时，commit()会等到写磁盘完成再返回，可能会有ANR问题。- 写文件时即使用的是
apply()方法，依然有可能会造成ANR问题，这是为什么呢？先看下apply()的流程。
apply()流程分析
写文件流程( 8.0以上)
apply()为什么还会出现ANR呢？我们来看下apply()的逻辑（这里源码是看的API30的）：
//SharedPreferencesImpl.EditorImpl.java
@Override
public void apply() {
final long startTime = System.currentTimeMillis();
//写入内存
final MemoryCommitResult mcr = commitToMemory();
//这里的操作使用CountDownLatch实现等待效果
final Runnable awaitCommit = new Runnable() {
@Override
public void run() {
try {
//writtenToDiskLatch类型是CountDownLatch(1)
mcr.writtenToDiskLatch.await();
} catch (InterruptedException ignored) {
}
}
}
};
//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);
}
};
//文件写入操作
SharedPreferencesImpl.this.enqueueDiskWrite(mcr, postWriteRunnable);
}
QueuedWork.addFinisher(awaitCommit)将awaitCommit加入到队列中，awaitCommit在执行时利用CountDownLatch机制可以实现对当前线程的阻塞效果，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。
//SharedPreferencesImpl.java
private void enqueueDiskWrite(final MemoryCommitResult mcr,
final Runnable postWriteRunnable) {
final boolean isFromSyncCommit = (postWriteRunnable == null);
final Runnable writeToDiskRunnable = new Runnable() {
@Override
public void run() {
synchronized (mWritingToDiskLock) {
//写入磁盘操作
writeToFile(mcr, isFromSyncCommit);
}
synchronized (mLock) {
mDiskWritesInFlight--;
}
if (postWriteRunnable != null) {
postWriteRunnable.run();
}
}
};
//commit()会在当前线程进行写入操作
if (isFromSyncCommit) {
boolean wasEmpty = false;
synchronized (mLock) {
wasEmpty = mDiskWritesInFlight == 1;
}
if (wasEmpty) {
writeToDiskRunnable.run();
return;
}
}
QueuedWork.queue(writeToDiskRunnable, !isFromSyncCommit);
}
//QueuedWork.java
public static void queue(Runnable work, boolean shouldDelay) {
Handler handler = getHandler();
synchronized (sLock) {
sWork.add(work);
if (shouldDelay && sCanDelay) {
handler.sendEmptyMessageDelayed(QueuedWorkHandler.MSG_RUN, DELAY);
} else {
handler.sendEmptyMessage(QueuedWorkHandler.MSG_RUN);
}
}
}
//构造一个Handler并传入HandlerThread的Looper，即Handler会在子线程中处理消息
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;
}
}
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();
// Remove all msg-s as all work will be processed now
getHandler().removeMessages(QueuedWorkHandler.MSG_RUN);
}
if (work.size() > 0) {
//取出Runnable并执行
for (Runnable w : work) {
w.run();
}
}
}
}
apply()写入操作是通过SharedPreferencesImpl#enqueueDiskWrite()在HandlerThread构造的子线程中完成的，写入成功后会通过writtenToDiskLatch.countDown()释放awaitCommit中的锁，使得UI线程恢复执行。
QueuedWork.waitToFinish ( 8.0以上)
Activity的onStop()、Service的onDestroy()执行时，都会调用到QueuedWork.waitToFinish()方法：
//ActivityThread.java
private void handleStopService(IBinder token) {
Service s = mServices.remove(token);
if (s != null) {
try {
if (localLOGV) Slog.v(TAG, "Destroying service " + s);
s.onDestroy();
s.detachAndCleanUp();
//看这里 看这里！！！
QueuedWork.waitToFinish();
//...其他代码...
} catch (Exception e) {
}
}
}
@Override
public void handleStopActivity(IBinder token, int configChanges,
PendingTransactionActions pendingActions, boolean finalStateRequest, String reason) {
final ActivityClientRecord r = mActivities.get(token);
r.activity.mConfigChangeFlags |= configChanges;
final StopInfo stopInfo = new StopInfo();
performStopActivityInner(r, stopInfo, true /* saveState */, finalStateRequest,
reason);
//大于API11的时候执行
if (!r.isPreHoneycomb()) {
//看这里 看这里！！！
QueuedWork.waitToFinish();
}
//......
}
Activity的onStop()、Service中的onDestroy()都是间接在ActivityThread中的handleStopService()、handleStopActivity()执行的，这两个方法里都会执行到QueuedWork.waitToFinish()：
public static void waitToFinish() {
long startTime = System.currentTimeMillis();
boolean hadMessages = false;
Handler handler = getHandler();
synchronized (sLock) {
if (handler.hasMessages(QueuedWorkHandler.MSG_RUN)) {
// Delayed work will be processed at processPendingWork() below
handler.removeMessages(QueuedWorkHandler.MSG_RUN);
}
// We should not delay any work as this might delay the finishers
sCanDelay = false;
}
StrictMode.ThreadPolicy oldPolicy = StrictMode.allowThreadDiskWrites();
try {
//把任务取出来，直接在当前线程处理 8.0之后才有的逻辑
processPendingWork();
} finally {
StrictMode.setThreadPolicy(oldPolicy);
}
try {
while (true) {
Runnable finisher;
synchronized (sLock) {
//重点 看这里 看这里！！！
finisher = sFinishers.poll();
}
if (finisher == null) {
break;
}
finisher.run();
}
} finally {
sCanDelay = true;
}
}
}
这里的sFinishers中取的Runnable就是在写文件之前通过QueuedWork.addFinisher(awaitCommit)添加的，当取出awaitCommit执行时即会阻塞当前线程，如果apply()中写入磁盘时间过长导致awaitCommit的锁没有及时释放，UI线程就会因为长时间被阻塞得不到执行而出现ANR了。
用一张图来总结：
图片来自：今日头条 ANR 优化实践系列 - 告别 SharedPreference 等待
写文件流程( 8.0以下)
public void apply() {
final MemoryCommitResult mcr = commitToMemory();
//这里的操作时为了CountDownLatch实现等待效果
final Runnable awaitCommit = new Runnable() {
public void run() {
try {
mcr.writtenToDiskLatch.await();
} catch (InterruptedException ignored) {
}
}
};
QueuedWork.add(awaitCommit);
Runnable postWriteRunnable = new Runnable() {
public void run() {
awaitCommit.run();
QueuedWork.remove(awaitCommit);
}
};
SharedPreferencesImpl.this.enqueueDiskWrite(mcr, postWriteRunnable);
}
QueuedWork.waitToFinish ( 8.0以下)
public static void waitToFinish() {
Runnable toFinish;
while ((toFinish = sPendingWorkFinishers.poll()) != null) {
toFinish.run();
}
}
8.0以下的流程相对更简单一些，但核心流程是一样的，当在UI线程中调用到QueuedWork.waitToFinish()时，如果写入磁盘的操作还未完成且耗时比较长，就会引起UI线程的ANR。
综述，使用apply()依然有可能会造成ANR问题。
如何优化
Jetpack DataStore替代
Jetpack DataStore 是一种改进的新数据存储解决方案，允许使用协议缓冲区存储键值对或类型化对象。DataStore 以异步、一致的事务方式存储数据，克服了 SharedPreferences（以下统称为SP）的一些缺点。DataStore基于Kotlin协程和Flow实现，并且可以对SP数据进行迁移，旨在取代SP。
DataStore提供了两种不同的实现：Preferences DataStore与Proto DataStore，其中Preferences DataStore用于存储键值对；Proto DataStore用于存储类型化对象，DataStore更详细的介绍参见：Android Jetpack系列之DataStore
MMKV替代
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 年中至今在微信上使用，其性能和稳定性经过了时间的验证。近期也已移植到 Android / macOS / Win32 / POSIX 平台，一并开源。
注：mmap 内存映射，可以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。
MMKV地址：https://github.com/tencent/mmkv
SP使用优化
SP文件尽量按分类去加载存储，如果文件里存储的K-V数据过多，会导致第一次加载时间过长；另外新增一个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，所以也要求SP使用时尽量分类加载存储。- 主要是优化
UI线程中执行QueuedWork.waitToFinish()，当队列执行poll()时，通过反射修改poll()的返回值，将其设为null，这样UI线程会继续往下执行而不会原地阻塞等待了。示例如下（注意8.0以上与8.0以下处理不一样）：
object SPHook {
fun optimizeSpTask() {
if (Build.VERSION.SDK_INT < 26) {
reflectSPendingWorkFinishers()
} else {
reflectSFinishers()
}
}
/**
* 8.0以上 Reflect finishers
*
*/
private fun reflectSFinishers() {
try {
val clz = Class.forName("android.app.QueuedWork")
val field = clz.getDeclaredField("sFinishers")
field.isAccessible = true
val queue = field.get(clz) as? LinkedList<Runnable>
if (queue != null) {
val linkedListProxy = LinkedListProxy(queue)
field.set(queue, linkedListProxy)
log("hook success")
}
} catch (ex: Exception) {
log("hook error:${ex}")
}
}
/**
* 8.0以下 Reflect pending work finishers
*/
private fun reflectSPendingWorkFinishers() {
try {
val clz = Class.forName("android.app.QueuedWork")
val field = clz.getDeclaredField("sPendingWorkFinishers")
field.isAccessible = true
val queue = field.get(clz) as? ConcurrentLinkedQueue<Runnable>
if (queue != null) {
val proxy = ConcurrentLinkedQueueProxy(queue)
field.set(queue, proxy)
log("hook success")
}
} catch (ex: Exception) {
log("hook error:${ex}")
}
}
/**
* 在8.0以上apply()中QueuedWork.addFinisher(awaitCommit), 需要代理的是LinkedList，如下：
* # private static final LinkedList<Runnable> sFinishers = new LinkedList<>()
*/
private class LinkedListProxy(private val sFinishers: LinkedList<Runnable>) :
LinkedList<Runnable>() {
override fun add(element: Runnable): Boolean {
return sFinishers.add(element)
}
override fun remove(element: Runnable): Boolean {
return sFinishers.remove(element)
}
override fun isEmpty(): Boolean = true
/**
* 代理的poll()方法，永远返回空，这样UI线程就可以避免被阻塞，继续执行了
*/
override fun poll(): Runnable? {
return null
}
}
/**
* 在8.0以下代理
* // The set of Runnables that will finish or wait on any async activities started by the application.
* private static final ConcurrentLinkedQueue<Runnable> sPendingWorkFinishers = new ConcurrentLinkedQueue<Runnable>();
*/
private class ConcurrentLinkedQueueProxy(private val sPendingWorkFinishers: ConcurrentLinkedQueue<Runnable>) :
ConcurrentLinkedQueue<Runnable>() {
override fun add(element: Runnable?): Boolean {
return sPendingWorkFinishers.add(element)
}
override fun remove(element: Runnable?): Boolean {
return sPendingWorkFinishers.remove(element)
}
override fun isEmpty(): Boolean = true
/**
* 代理的poll()方法，永远返回空，这样UI线程就可以避免被阻塞，继续执行了
*/
override fun poll(): Runnable? {
return null
}
}
}
注： Android P（9.0） 中引入了对隐藏API的限制，因为这里是hook的源码，所以如果后续版本如果也被标记为隐藏API，可能会导致反射失败。找到一个绕过隐藏API限制的库：https://github.com/LSPosed/AndroidHiddenApiBypass，原理是通过Unsafe去操作的，后续可以考虑通过这种方式去突破限制。