Android MMKV

本文转自微信开发团队凌国的分享。原文

MMKV 是基于 mmap 内存映射的移动端通用 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。近期已移植到 Android 平台。在腾讯内部开源半年之后，得到公司内部团队的广泛应用和一致好评。现在一并对外开源：

https://github.com/tencent/mmkv

欢迎 Star、提 Issue 和 PR。

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，参考文章，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。
写入优化
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。我们考虑将增量 kv 对象序列化后，append 到内存末尾。
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。我们需要在性能和空间上做个折中。

更详细的设计原理参考前文《MMKV——iOS 下基于 mmap 的高性能通用 key-value 组件》。

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。

MMKV 使用

iOS 的使用在前文已经陈述，这里简单介绍一下 Android 的用法。

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。

更详细的用法可以参看 GitHub 上的 wiki 文档。

MMKV 性能

iOS 性能对比

我们将 MMKV 和 NSUserDefaults 进行对比，重复读写操作 1w 次。相关测试代码在 iOS/MMKVDemo/MMKVDemo/，结果见如下图表。

image

（测试机器是 iPhone X 256 G，iOS 12 beta 2，每组操作重复 1w 次，时间单位是 ms。）

可见，MMKV 在写入性能上远远超越 NSUserDefaults，在读取性能上也有相近或超越的表现。

Android 性能对比

我们将 MMKV 和 SharedPreferences、SQLite 进行对比, 重复读写操作 1k 次。相关测试代码在 Android/MMKV/mmkvdemo/。结果如下图表。

单进程性能
可见，MMKV 在写入性能上远远超越 SharedPreferences & SQLite，在读取性能上也有相近或超越的表现。

image

（测试机器是 Pixel 2 XL 64G，Android 8.1，每组操作重复 1k 次，时间单位是 ms。）
多进程性能
可见，MMKV 无论是在写入性能还是在读取性能，都远远超越 MultiProcessSharedPreferences & SQLite & SQLite， MMKV 在 Android 多进程 key-value 存储组件上是不二之选。

image

（测试机器是 Pixel 2 XL 64G，Android 8.1，每组操作重复 1k 次，时间单位是 ms。）

点击原文直接访问 GitHub 源码。

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