今年上半年时候看到微信开发团队的这么一篇文章MMKV--基于 mmap 的 iOS 高性能通用 key-value 组件,文中提到了用mmap实现一个高性能KV组件,虽然并没有展示太多的具体代码,但是基本思路讲的还是很清楚的。
文章最后提到了开源计划,等了快半年还没看到这个组件源码,于是决定自己试着写一个。
轮子
按照惯例先上轮子,可以先给个小星星哦~
FastKV github
关于NSUserDefaults
在开始写这个组件之前,应该先调研一下NSUserDefaults性能(ps:这里有个失误,事实上我是在写完这个组件以后才调研的)。
据我所知NSUserDefaults有一层内存缓存的,所以它提供了一个叫synchronize
的方法用于同步磁盘和缓存,但是这个方法现在苹果在文档中告诉我们for any other reason: remove the synchronize call
,总之就是再也不需要调用这个方法了。
测试结果如下(写入1w次,值类型是NSInteger,环境:iPhone 8 64G, iOS 11.4)
非synchronize
耗时:137ms
synchronize
耗时:3758ms
很明显synchronize
对性能的损耗非常大,因为本文需要的是一个高性能、高实时性的key-value持久化组件,也就是说在一些极端情况下数据也需要能够被持久化,同时又不影响性能。所谓极端情况,比如说在App发生Crash的时候数据也能够被存储到磁盘中,并不会因为缓存和磁盘没来得及同步而造成数据丢失。
从数据上我们可以看到非synchronize
下的性能还是挺好的,比上面那篇微信的文章中的测试结果貌似要好很多嘛。那么mmap
和NSUserDefaults
在高性能上的优势似乎并不明显的。
那么我们再来看一下高实时性这个方面。既然苹果在文档中告诉我们remove the synchronize
,难道苹果已经解决的NSUserDefaults
的高实时性和高性能兼顾的问题?抱着试一试的心态笔者做了一下测试,答案是否定的。在不使用synchronize
的情况下,极端情况依旧会出现数据丢失的问题。那么我们的mmap
还是有它的用武之地的,至少它在保证的高实时性的时候还兼顾到了性能问题。
为了便于更好的理解,在阅读接下来的部分前请先阅读这篇文章。MMKV--基于 mmap 的 iOS 高性能通用 key-value 组件
数据序列化
具体的实现笔者还是参考了上面微信团队的MMKV,那篇文章已经讲得比较详细了,因此对那篇文章的分析在这里就不再展开了。
在这里要提到的一个点是有关于数据序列化。MMKV在序列化时使用了Google开源的protobuf
,笔者在实现的时候考虑到各方面原因决定自定义一个内存数据格式,这样就避免了对protobuf
的依赖。
自定义协议主要分为3个部分:Header Segment、Data Segment、Check Code。
Header Segment:
32/64bit | 32bit | 32/64bit | 32/64bit | 32/64bit |
---|---|---|---|---|
VALUE_TYPE | VERSION | OBJC_TYPE length | KEY length | DATA length |
这部分的长度是固定的,160bit或288bit。
VALUE_TYPE
:数据的类型,目前有8种类型bool、nil、int32、int64、float、double、string、data。
VERSION
:数据记录时的版本。
OBJC_TYPE length
:OC类名字符串的长度。
KEY length
:key的长度。
DATA length
:value的长度。
Data Segment:
Data | Data | Data |
---|---|---|
OBJC_TYPE | KEY | DATA |
OBJC_TYPE
:OC类名的字符串。
KEY
:key。
DATA
:value。
Check Code:
16bit |
---|
CRC code |
CRC code:倒数16位之前数据的CRC-16循环冗余检测码,用于后期数据校验。
空间增长
在MMKV的文章中提到,在append时遇到内存不够用的时候,会进行序列化排重;在序列化排重后还是不够用的话就将文件扩大一倍,直到够用。
在只考虑在添加新的key的情况下这确实是一种简单有效的内存分配策略,但是在多次更新key时可能会出现连续的排重操作,下面用一个例子来说明。
如果当前分配的mmap size
仅仅只比当前正在使用的size多出极少极少一点,以至于接下来任何的append操作都会触发排重,但是由于每次都是对key进行更新操作,如果当前mmap的数据已经是最小集合了(没有任何重复key的数据),于是在排重完成后mmap size
又刚好够用,不需要重新分配mmap size
。这时候mmap size
又是仅仅只比当前正在使用的size多出极少极少一点,然后任何的append又会走一遍上述逻辑。
为了解决这个问题,笔者在append操作的时候附加了一个逻辑:如果当前是对key进行更新操作,那么重新分配mmap size
的需求大小将会扩大1倍。也就是说如果对key进行更新操作后触发排重,这时mmap size
的将会按当前需求2倍的大小尝试进行重新分配,以空间来换取时间性能。
if (data.length + _cursize >= _mmsize) {
// 如果是对key是update操作,那么就按照真实需求大小2倍的来尝试进行重新分配。
[self reallocWithExtraSize:data.length scale:isUpdated?2:1];
} else {
memcpy((char *)_mmptr + _cursize, data.bytes, data.length);
_cursize += data.length;
uint64_t dataLength = _cursize - FastKVHeaderSize;
memcpy((char *)_mmptr + sizeof(uint32_t) + [FastKVMarkString lengthOfBytesUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding], &dataLength, 8);
}
其他优化
有一些OC对象的存储是可以优化的,比如NSDate、NSURL,在实际存储时可以当成double和NSString来进行序列化,既提高了性能又减少了空间的占用。
性能比较
测试结果如下(1w次,值类型是NSInteger,环境:iPhone 8 64G, iOS 11.4)
add耗时:70ms (NSUserDefults Sync:3469ms)
update耗时:80ms (NSUserDefults Sync:3521ms)
get耗时:10ms (NSUserDefults:48ms)
测试下来mmap性能确实比NSUserDefults Sync
要好不少,也和微信那篇文章中对MMKV的性能测试结果基本一致。总的来说,如果对实时性要求不高的项目,建议还是使用官方的NSUserDefults
。
其他开源作品
WhiteElephantKiller —无用代码扫描工具 github
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