Android随笔-MMKV

一、MMKV 是什么

MMKV 是微信团队开源的一款基于 mmap 内存映射的高性能 key-value 存储组件，底层序列化采用 Protobuf，支持加密、多进程共享、匿名内存等特性。它在微信内部从 2015 年使用至今，后移植到 Android、iOS、macOS、Windows、POSIX 及 HarmonyOS 平台。
与 Android 原生的 SharedPreferences 相比，MMKV 的核心优势在于：

二、核心架构分层

MMKV 的架构可分为三层：Java 层 → JNI 层 → Native 核心层，右侧通过 mmap 与文件系统交互。

1. Java 层

MMKV.java 实现了 SharedPreferences 和 SharedPreferences.Editor 接口，对外暴露 encode() / decode() 等方法。所有操作最终通过 nativeHandle（Native 层 MMKV 对象的地址）透传到 C++ 层。

// Java 层示例MMKVkv=MMKV.defaultMMKV();kv.encode("int",Integer.MIN_VALUE);intiValue=kv.decodeInt("int");

2. JNI 层

mmkv_jni.cpp 负责 Java 与 C++ 的桥接，将 jstring 转为 std::string，再调用 MMKV::mmkvWithID() 获取或创建 Native 对象。

// JNI 方法签名extern"C"JNIEXPORT jlong JNICALLJava_com_tencent_mmkv_MMKV_getMMKVWithID(JNIEnv*env,jobject obj,jstring mmapID,jint mode,jstring cryptKey,jstring relativePath){// ... 转换为 std::string 后调用 MMKV::mmkvWithID()}

3. Native 核心层（C++）

这是 MMKV 的核心，包含以下模块：

• MMKV 类：持有 m_dic（std::unordered_map），维护内存中的键值对。
• Protobuf 编解码：MiniPBCoder 负责将 m_dic 序列化为二进制，或从二进制反序列化。
• AES 加密：可选的 AESCrypt 模块，对数据进行 AES 加密。
• 进程锁：通过 flock() 或 fcntl() 实现跨进程文件锁，保证多进程安全。
• 内存管理：ensureMemorySize() 负责空间检查、扩容和内存重整。

三、核心机制详解

1. mmap 内存映射：为什么快？

mmap 是 Linux 提供的系统调用，将磁盘文件映射到进程的虚拟地址空间。此后对内存的读写就等价于对文件的读写，无需再经过 read() / write() 系统调用和内核态-用户态的数据拷贝。

// MMKV 中的 mmap 调用m_ptr=(char*)mmap(nullptr,m_size,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,m_fd,0);

关键点：

• PROT_READ | PROT_WRITE：映射区域可读可写。
• MAP_SHARED：修改会同步回写到文件，且对其他进程可见。
• 崩溃安全：数据写入 m_ptr 指向的内存后，即使 App 立即 crash，操作系统也会负责将"脏页"刷回磁盘，数据不会丢失。

2. 文件加载与校验：loadFromFile()

首次获取 MMKV 实例时，会调用 loadFromFile() 加载已有数据：

voidMMKV::loadFromFile(){// 1. 打开文件，获取大小m_fd=open(m_path.c_str(),O_RDWR|O_CREAT,S_IRWXU);// 2. 文件大小对齐到页大小整数倍（mmap 基于页机制）if(m_size<DEFAULT_MMAP_SIZE||(m_size%DEFAULT_MMAP_SIZE!=0)){m_size=((m_size/DEFAULT_MMAP_SIZE)+1)*DEFAULT_MMAP_SIZE;ftruncate(m_fd,m_size);// 扩容文件zeroFillFile(m_fd,oldSize,m_size-oldSize);// 补零}// 3. mmap 映射m_ptr=(char*)mmap(nullptr,m_size,PROT_READ|PROT_WRITE,MAP_SHARED,m_fd,0);// 4. 读取前 4 字节作为 actualSize（实际数据长度）memcpy(&m_actualSize,m_ptr,Fixed32Size);// 5. CRC 校验，失败则根据策略恢复或丢弃if(checkFileCRCValid()){// 6. 解密（如需要）→ Protobuf 反序列化 → 填充 m_dicMMBufferinputBuffer(m_ptr+Fixed32Size,m_actualSize,MMBufferNoCopy);if(m_crypter)decryptBuffer(*m_crypter,inputBuffer);MiniPBCoder::decodeMap(m_dic,inputBuffer);}// 7. 构造 CodedOutputData，指向可写入区域m_output=newCodedOutputData(m_ptr+Fixed32Size+m_actualSize,m_size-Fixed32Size-m_actualSize);}

文件结构（前几个字节）：

| 4 bytes: actualSize | 4 bytes: CRC32 | protobuf 数据 ... |

3. 写入流程：增量追加（Append）

MMKV 最大的设计亮点是增量更新。修改一个已有 key 时，它不会修改文件中原有位置，而是直接在文件末尾 append 一条新记录。读取时只认最后一条。

boolMMKV::setDataForKey(MMBuffer&&data,conststd::string&key){SCOPEDLOCK(m_lock);SCOPEDLOCK(m_exclusiveProcessLock);checkLoadData();// 确保数据已加载// 更新内存中的 mapm_dic[key]=std::move(data);m_hasFullWriteback=false;returnappendDataWithKey(m_dic[key],key);// 追加到文件}

appendDataWithKey() 的核心逻辑：

boolMMKV::appendDataWithKey(constMMBuffer&data,conststd::string&key){// 计算 key + value 在 protobuf 中占用的总字节数size_t size=keyLength+pbRawVarint32Size(keyLength);size+=data.length()+pbRawVarint32Size(data.length());// 确保空间足够（不够则触发内存重整）if(!ensureMemorySize(size))returnfalse;if(m_actualSize==0){// 空文件：全量写入整个 mapautoallData=MiniPBCoder::encodeDataWithObject(m_dic);writeAcutalSize(allData.length());m_output->writeRawData(allData);recaculateCRCDigest();}else{// 非空文件：增量追加writeAcutalSize(m_actualSize+size);m_output->writeString(key);m_output->writeData(data);// 加密 & 更新 CRCif(m_crypter)m_crypter->encrypt(ptr,ptr,size);updateCRCDigest(ptr,size,KeepSequence);}returntrue;}

4. 内存重整：ensureMemorySize()

不断 append 会导致文件膨胀、冗余数据堆积。当剩余空间不足时，ensureMemorySize() 会触发内存重整（Memory Reclamation）：

boolMMKV::ensureMemorySize(size_t newSize){if(newSize>=m_output->spaceLeft()){// 1. 将当前 m_dic 全量序列化MMBuffer data=MiniPBCoder::encodeDataWithObject(m_dic);size_t lenNeeded=data.length()+offset+newSize;// 2. 预测未来空间需求，按 2 倍扩容size_t futureUsage=avgItemSize*std::max<size_t>(8,(m_dic.size()+1)/2);if(lenNeeded+futureUsage>=m_size){do{m_size*=2;}while(lenNeeded+futureUsage>=m_size);ftruncate(m_fd,m_size);// 扩大文件zeroFillFile(m_fd,oldSize,m_size-oldSize);munmap(m_ptr,oldSize);// 解除旧映射m_ptr=(char*)mmap(m_ptr,m_size,...);// 重新映射}// 3. 全量回写（清理冗余）writeAcutalSize(data.length());deletem_output;m_output=newCodedOutputData(m_ptr+offset,m_size-offset);m_output->writeRawData(data);recaculateCRCDigest();m_hasFullWriteback=true;}returntrue;}

扩容策略：文件大小按 2 倍 增长（类似 ArrayList），同时预测未来使用量，避免频繁扩容。

5. 多进程支持：文件锁

MMKV 通过文件锁实现多进程并发访问：

• 读-读：多个进程可同时持有读锁，并发读取。
• 读-写 / 写-写：通过互斥锁保证串行化。

锁的实现基于 flock() 或 fcntl()，在 loadFromFile() 和写入操作前后加锁/解锁。

四、与 SharedPreferences 的对比总结

五、使用注意事项

1. 不要存储过大对象：MMKV 适合小数据高频读写，单文件过大（如 > 100MB）会影响重整性能。
2. key 不宜过长：每个 key 都会随 value 一起序列化存储，长 key 会浪费空间。
3. 多进程模式有开销：跨进程锁会带来一定性能损耗，非必要不开启。
4. 注意内存重整时机：频繁修改大量 key 会频繁触发 ensureMemorySize()，导致全量序列化开销。
5. 迁移成本：MMKV 提供了 MMKV.migrateFromSharedPreferences() 方法，可平滑迁移旧数据。

六、总结

MMKV = mmap（零拷贝内存映射）+ Protobuf（高效二进制序列化）+ 增量追加（避免全量写）+ 内存重整（自动清理冗余）+文件锁（多进程安全）

它用"操作内存"的方式替代了"操作文件"，用"增量追加"替代了"全量覆盖"，用"操作系统刷盘"替代了"手动同步"，从而在性能、安全和易用性上全面超越了原生 SharedPreferences。