Android 文件存储系统原理

2024-04-02 19:55

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存储的可选项

Android 的文件系统类似于其他平台的基于磁盘的文件系统。包括以下几种存储类别：

App 私有的存储空间
共享的存储空间
Preferences，以 key-value 的形式存储一些原始的内容，如 SharedPreferences。
数据库

不同的存储类别扮演了不同的角色，比如 App 的私有存储空间是无法被外部访问的，可以用来存储一些 App 私有的敏感信息；共享的存储空间可以存储一些所有应用都可以访问的文件，例如媒体、文档等可公开的文件；数据库则是用来处理持久化的；Preferences 用来存储一些本地字段。

存储位置的划分

Android 系统的文件存储位置划分为两大类：内部存储空间和外部存储空间 ，其中，外部存储空间又包括 App 私有目录和公共目录。

在大多数设备上，内部存储空间是小于外部的，但是内部存储空间是始终可以使用的，与之相反，一些可以插 SD 卡的设备的外部存储空间是可以拓展的，所以意味着 SD 卡这部分存储空间不是始终可用的。

内部存储空间

内部存储空间是 App 私有的存储数据的存储空间，系统会阻止其他应用对这部分数据的访问，并且在 Android 10（API 级别 29）及更高版本中，系统会对这些位置进行加密。内部存储空间的特性让它很适合存储只有 App 本身才能访问的敏感数据。

内部存储空间可以通过Context.getFileDir()或Context.getCacheDir()获取到，主要路径是：

Context.getFileDir() 获取的路径为：
- data/data/packagename/files (部分手机厂商)
- data/user/0/packagename/files (部分手机厂商)

Context.getCacheDir() 获取的路径为：
- data/data/packagename/cache (部分手机厂商)
- data/user/0/packagename/cache (部分手机厂商)

外部存储空间

外部存储空间包括 App 私有目录和公共目录。

App 私有目录： App 的私有目录指其他应用可以访问当前应用该目录下的数据，应用卸载后也会随之删除。
公共目录：外部可以自由访问，应用删除后这部分存储的数据不会删除。

App 私有目录

// 可以通过以下函数获取
Context.externalCacheDir
Context.externalCacheDirs
Context.getExternalFilesDir(String)
Context.getExternalFilesDirs(String)
Context.externalMediaDirs

对应的目录是：

externalCacheDir: /storage/emulated/0/Android/data/com.chunyu.workdemo/cache
externalCacheDirs: /storage/emulated/0/Android/data/com.chunyu.workdemo/cache
ExternalFilesDir: /storage/emulated/0/Android/data/com.chunyu.workdemo/files
ExternalFilesDirs: /storage/emulated/0/Android/data/com.chunyu.workdemo/files
externalMediaDirs: /storage/emulated/0/Android/media/com.chunyu.workdemo

这里的com.chunyu.workdemo是 packageName。

外部公共目录

不要被这里的“外部”这个词弄糊涂了。最好将此目录视为媒体/共享的存储部分。它是一个文件系统，可以保存相对大量的数据，并且在所有应用程序之间共享（不强制执行权限）。传统上这是一张 SD 卡，但它也可以作为设备中的内置存储实现，与受保护的内部存储不同，并且可以作为文件系统安装在计算机上。

在具有多个用户的设备上（如 UserManager 所述），每个用户都有自己的隔离共享存储。应用程序只能访问它们正在运行的用户的共享存储。

获取方式：

Environment.getExternalStorageState() // SD 卡状态
Environment.getExternalStorageDirectory()
Environment.getExternalStoragePublicDirectory(String)

输出内容：

getExternalStorageState: mounted // 已挂载
getExternalStorageDirectory: /storage/emulated/0
getExternalStoragePublicDirectory: /storage/emulated/0

getExternalStorageDirectory和getExternalStoragePublicDirectory已经被标记为弃用，可以使用Context.getExternalFilesDir(String)、MediaStore 或Intent.ACTION_OPEN_DOCUMENT等替代方案，它们性能更好。

在上述的需要传递 String 参数的方法中，例如Context.getExternalFilesDir(String)和getExternalStoragePublicDirectory(String)，String 有以下几个常量值：

> DIRECTORY_MUSIC // 音乐
> DIRECTORY_PODCASTS // 博客
> DIRECTORY_RINGTONES // 铃声
> DIRECTORY_ALARMS // 闹钟
> DIRECTORY_NOTIFICATIONS // 通知
> DIRECTORY_PICTURES // 图片
> DIRECTORY_MOVIES // 电影
> DIRECTORY_DOWNLOADS // 下载
> DIRECTORY_DCIM // 照片
> DIRECTORY_DOCUMENTS // 文档

不能传递空值。

系统目录

Environment 还提供了对一些系统目录的访问方法：

Environment.getRootDirectory()  // 系统分区的 root 路径
Environment.getDataDirectory()  // 获取用户数据目录的路径
Environment.getDownloadCacheDirectory() // 获取用户缓存目录的路径
// 输出为
getRootDirectory: /system
getDataDirectory: /data
getDownloadCacheDirectory: /data/cache

清除数据和清除缓存

在 App 中，从上面的方法名中我们也能体会到 cache 和 file 两种路径，应该有不同的作用。

清除数据

清除数据清除的是保存在app中所有数据，就是上面提到的位于 packageName 下面的所有文件，包含内部存储/data/data/packagename/和外部存储 /storage/emulated/0/Android/data/packagename/。

清除缓存

缓存是程序运行时的临时存储空间，它可以存放从网络下载的临时图片，从用户的角度出发清除缓存对用户并没有太大的影响，但是清除缓存后用户再次使用该APP时，由于本地缓存已经被清理，所有的数据需要重新从网络上获取。为了在清除缓存的时候能够正常清除与应用相关的缓存，请将缓存文件存放在getCacheDir()或者getExternalCacheDir()路径下。

数据管理权限

某些应用的使用场景时需要广泛访问设备上的文件，但无法采用注重隐私保护的存储最佳做法高效地完成这些操作。对于这些情况，Android 提供了一种名为“所有文件访问权限”的特殊应用访问权限。例如，防病毒应用的主要场景可能是需要定期扫描不同目录中的许多文件。如果此扫描需要反复的用户交互，让用户使用系统文件选择器选择目录，可能就会带来糟糕的用户体验。其他场景（如文件管理器应用、备份和恢复应用以及文档管理应用）可能也需要考虑类似情况。

应用可以通过执行以下操作向用户请求“所有文件访问权限”：

在清单中声明MANAGE_EXTERNAL_STORAGE权限。
使用ACTION_MANAGE_ALL_FILES_ACCESS_PERMISSION设置 Intent ，将用户引导至一个系统设置页面，在该页面上，用户可以为您的应用启用以下选项：授予所有文件的管理权限。可以通过Environment.isExternalStorageManager()方法来检查是否已获得这个权限。

MANAGE_EXTERNAL_STORAGE会授予以下权限：