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「iOS」————持久化

news 2025/8/8 6:27:20

iOS学习

IOS——持久化
- 为什么持久化？
- - 数据持久化方式
  - **数据存储区域**
  - - 内存缓存
    - 磁盘缓存
  - 沙盒机制
  - - 应用沙盒目录的常见获取方式
  - NSCache
  - 持久化数据存储方式
  - 序列化与反序列化

IOS——持久化

为什么持久化？

数据保存：

目的：将应用程序中的数据保存到非易失性存储中，以便在应用程序关闭或重启后仍能访问这些数据。
示例：保存用户输入的数据、应用设置、游戏进度等。

状态恢复：

目的：在应用程序重新启动时恢复到之前的状态。
示例：保存应用的最后状态，以便用户可以从中断的地方继续。

数据备份：

目的：定期备份数据，以防数据丢失。
示例：定期备份数据库到云端或本地存储。

数据共享：

目的：允许多个应用程序或设备之间共享数据。
示例：使用云服务同步数据，如 iCloud、Dropbox 等。

离线访问：

目的：即使在网络不可用的情况下也能访问数据。
示例：离线模式下的地图应用、阅读应用等。

历史记录：

目的：记录用户的操作历史，以便用户可以回顾之前的活动。
示例：浏览历史、购买记录等。

数据分析：

目的：收集用户行为数据，用于分析和改进产品。
示例：收集用户使用频率、停留时间等数据。

用户个性化：

目的：根据用户的偏好定制内容和服务。
示例：保存用户喜好、推荐设置等。

安全性与合规性：

目的：确保敏感数据的安全存储，并遵守相关法规要求。
示例：加密存储个人身份信息、健康数据等。

性能优化：

目的：通过缓存数据减少网络请求，提高应用程序的响应速度。
示例：缓存图片、API 数据等。

数据持久化方式

NSUserDefault：简单数据快速读写。
Property list：属性列表的文件存储
Archiver：归档。
SQLite：本地数据库。
CoreData：CoreData 是基于 sqlite 的封装。

数据存储区域

数据存储的区域在内存和磁盘

内存缓存

对于使用频率比较高的数据，从网络或磁盘加载数据到内存以后，使用后并不马上销毁，下次使用直接从内存加载

例如：iOS的图片加载

磁盘缓存

将从网络加载的，用户操作产生的数据写入到磁盘，用户下次查看、继续操作时，直接从磁盘加载使用

例如搜索历史的缓存、用户输入内容草稿的缓存，


对比项	内存缓存	磁盘缓存
速度	极快	较慢
容量	小（受内存限制）	大（受磁盘限制）
持久性	易失（进程结束即丢失）	持久（重启后仍在）
适用场景	热点、临时、频繁访问数据	历史、草稿、长期数据
实现难度	简单	难

因此实际开发中，通常采取二级缓存的方法：

先查内存缓存，内存没有再查磁盘缓存，磁盘没有再查网络或重新生成。

沙盒机制

出于安全的原因，iOS 应用在安装时，为每个 App 分配了独立的目录，App 只能对自己的目录进行操作，这个目录就被称为沙盒。

应用程序只能访问自身的沙盒文件，不能访问其他应用程序的沙盒文件，当应用程序需要向外部请求或接收数据时，都需要经过权限认证，否则，无法获取到数据。所有的非代码文件都要保存在此。

例如属性文件plist、文本文件、图像、图标、媒体资源扽等，其原理是通过重定向技术，把程序生成和修改的文件定向到自身文件夹中。

沙盒中主要包含4个目录：MyApp.app、Documents、Library、Tmp，目录结构如下：

截屏2022-05-19 16.55.08.png

MyApp.app：包含了所有的资源文件和和可执行文件，上架前经过数字签名，上架后不可修改。
Documents：文档目录，要保存程序生成的数据，会自动被分到iCloud中。保存应用运行时生成的需要持久化的数据，iTunes同步设备时会备份该目录。例如，游戏应用可将游戏存档保存在该目录。(注意点：不要保存从网络上下载的文件，否则会无法上架！)
Library
- 用户偏好，使用 NSUserDefault 直接读写！
- 如果要想数据及时写入磁盘，还需要调用一个同步方法
- 保存临时文件，“后续需要使用”，例如：缓存图片，离线数据(地图数据
- 系统不会清理 cache 目录中的文件,就要求程序开发时，“必须提供 cache 目录的清理解决方案”
  - Caches：存放体积大又不需要备份的数据
  - Preference：保存应用的所有偏好设置，iCloud会备份设置信息
Tmp：临时文件，系统会自动清理。重新启动就会清理。保存应用程序运行时所需的临时数据，使用完毕后再将相应的文件从该目录删除。应用没有运行时，系统也可能会清除该目录下的文件。iTunes同步设备时不会备份该目录。
- 重新启动手机，系统磁盘空间不足时，该目录会被系统自动清空
- 存放临时文件，不会被备份，而且这个文件下的数据有可能随时被清除。
- 保存临时文件，后续不需要使用的文件。

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应用沙盒目录的常见获取方式

获取沙盒的根目录：

NSString *home = NSHomeDirectory();

每次编译代码会生成新的沙盒路径，是在编译的时候，所以模拟机和真机每次的沙盒路径都是不一样的。

上面的代码得到的就是当前应用程序目录的路径，该目录下就是应用程序的沙盒，在该目录下有4个文件夹：Documents、Library、SystemData、tmp，当前应用程序只能访问该目录下的文件。

利用 NSSearchPathForDirectoriesInDomains 函数获取沙盒目录

//文件路径搜索
FOUNDATION_EXPORT NSArray<NSString *> *NSSearchPathForDirectoriesInDomains(NSSearchPathDirectory directory, NSSearchPathDomainMask domainMask, BOOL expandTilde);

该方法返回值为一个数组，在iphone中由于只有一个唯一路径，所以直接取数组第一个元素即可。

参数一 NSSearchPathDirectory directory：指定搜索的目录名称，比如这里用NSDocumentDirectory表明我们要搜索的是Documents目录。如果我们将其换成NSCachesDirectory就表示我们搜索的是Library/Caches目录。
参数二 NSSearchPathDomainMask domainMask：搜索主目录的位置，NSUserDomainMask表示搜索的范围限制于当前应用的沙盒目录。还可以写成NSLocalDomainMask（表示/Library）、NSNetworkDomainMask（表示/Network）等。
参数三 BOOL expandTilde：是否获取完整的路径，该值为YES即表示写成全写形式，为NO就表示直接写成“~”。

上述两个参数的枚举值：

typedef NS_OPTIONS(NSUInteger, NSSearchPathDomainMask) {NSUserDomainMask = 1,       // 用户目录 - 基本上就用这个。 NSLocalDomainMask = 2,      // 本地NSNetworkDomainMask = 4,    // 网络 NSSystemDomainMask = 8,     // 系统NSAllDomainsMask = 0x0ffff  // 所有 
};//常用的NSSearchPathDirectory枚举值
typedef NS_ENUM(NSUInteger, NSSearchPathDirectory) {NSApplicationDirectory = 1,             // supported applications (Applications)NSDemoApplicationDirectory,             // unsupported applications, demonstration versions (Demos)NSAdminApplicationDirectory,            // system and network administration applications (Administration)NSLibraryDirectory,                     // various documentation, support, and configuration files, resources (Library)NSUserDirectory,                        // user home directories (Users)NSDocumentationDirectory,               //  Library 下的(Documentation)模拟器上没有创建NSDocumentDirectory,                    // documents (Documents)
};

获取示例：

 // 搜索 Document 目录NSArray<NSString *> *documentPaths = NSSearchPathForDirectoriesInDomains(NSDocumentDirectory, NSUserDomainMask, YES);NSString *documentDirectory = [documentPaths firstObject];NSLog(@"Document Directory: %@", documentDirectory);// 搜索 Document 目录 NONSArray<NSString *> *documentPathsNO = NSSearchPathForDirectoriesInDomains(NSDocumentDirectory, NSUserDomainMask, NO);NSString *documentDirectoryNO = [documentPathsNO firstObject];NSLog(@"Document Directory NO: %@", documentDirectoryNO);

NSCache

NSCache是苹果提供的一套缓存机制，用法和NSMutableDictionary类似，在AFNetworking，SDWebImage，Kingfisher中都有使用。

当内存不足时NSCache会自动释放内存。 NSCache设置缓存对象数量和占用的内存大小，当缓存超出了设置会自动释放内存。

NSCache是Key-Value数据结构，其中key是强引用，不实现NSCoping协议，作为key的对象不会被拷贝。

NSCache属性

countLimit: 能够缓存对象的最大数量，默认值是0，没有限制。

totalCostLimit: 设置缓存占用的内存大小 evictsObjectsWithDiscardedContent: 是否回收废弃内容，默认YES

NSCache的方法

objectForKey: 通过key获得缓存对象。

setObject: forKey: 缓存对象。

setObject: forKey: cost: 缓存对象，并指定key值对应的成本，用于计算缓存中所有对象的总成本。

removeObjectForKey: 删除指定对象。

removeAllObjects: 删除所有缓存对象。

NSCacheDelegate代理：

willEvictObject: 缓存对象即将被清理时调用，一般开发者用来调试，不能在此方法中修改缓存

在以下场景中会被调用：

removeObjectForKey
缓存对象超过NSCache的countLimit和otalCostLimit属性设置的限制
App进入后台
系统发出内存警告
cache这个实例的生命周期结束前

注意

当收到内存警告，而我们又调用removeAllObjects，则无法再继续往内存中添加数据。
不提供缓存总的大小，想知道NSCache占用的内存大小，只有通过添加缓存的cost自己计算。
NSCache自动释放内存的算法是不确定的，有时是按照LRU(最近最久未使用)释放，有时随机释放。
NSCache中的数据在APP重启后会消失，因为NSCache只是将数据保存在内存的。

NSCache和NSMutableDictionary的区别
NSCache是线程安全的，不需要加线程锁，而NSMutableDictionary线程不安全。

我们来做个代码演示：

- (void)viewDidLoad {[super viewDidLoad];// Do any additional setup after loading the view.self.view.backgroundColor = [UIColor whiteColor];self.myCache = [[NSCache alloc]init];self.myCache.delegate = self;for (int i = 0; i<10; i++) {[self.myCache setObject:[NSString stringWithFormat:@"%d", i] forKey:@(i) cost: 1];}for (int i = 0; i<10; i++) {NSLog(@"NSCache取出---%@", [self.myCache objectForKey:@(i)]);}/// 清除缓存[self.myCache removeAllObjects];/// 设置缓存限制self.myCache.totalCostLimit = 5;NSLog(@"设置缓存限制后=================");for (int i = 0; i<10; i++) {// 设置成本数为1[self.myCache setObject:[NSString stringWithFormat:@"%d", i] forKey:@(i) cost: 1];}for (int i = 0; i<10; i++) {NSLog(@"NSCache取出---%@", [self.myCache objectForKey:@(i)]);}/// 清除缓存[self.myCache removeAllObjects];NSLog(@"设置缓存限制后但未设置成本数cost=================");for (int i = 0; i<10; i++) {[self.myCache setObject:[NSString stringWithFormat:@"%d", i] forKey:@(i)];}for (int i = 0; i<10; i++) {NSLog(@"NSCache取出---%@", [self.myCache objectForKey:@(i)]);}/// 清除缓存[self.myCache removeAllObjects];}
// 即将回收对象的时候进行调用，实现代理方法之前要遵守NSCacheDelegate协议。
- (void)cache:(NSCache *)cache willEvictObject:(id)obj{NSLog(@"NSCache回收---%@", obj);
}

请添加图片描述
在这里插入图片描述

从打印结果可以看看出：

设置缓存限制且知道缓存成本数时，超出是会自动回收。但是设置缓存限制但不知道缓存成本数时不会自动回收。
使用 removeAllObjects 回收时会调用 willEvictObject 的代理方法。

持久化数据存储方式

Plist（属性列表）

属性列表是一种XML格式的文件，拓展名为plist如果对是NSString、NSDictionary、NSArray、NSData、NSNumber等类型，就可以使用 writeToFile:atomically: 方法直接将对象写到属性列表文件中。

属性列表与NSDictionary的存储和读取过程：

我们用代码学习一下：

- (void)directorfile {// 获取 Document 目录NSArray<NSString *> *documentPaths = NSSearchPathForDirectoriesInDomains(NSDocumentDirectory, NSUserDomainMask, YES);NSString *documentDirectory = [documentPaths firstObject];// 在 Document 目录下新建一个 test.plist 文件NSString *documentfileName = [documentDirectory stringByAppendingPathComponent:@"data.plist"];NSLog(@"%@", documentfileName);// // 存字典，将字典数据存到刚才的 test.plist 文件NSDictionary *dict = @{@"name": @"GuiCi", @"boom": @"666"};[dict writeToFile:documentfileName atomically:YES];// 取字典NSDictionary* msgDict = [NSDictionary dictionaryWithContentsOfFile:documentfileName];NSLog(@"%@", msgDict);
}

在这里插入图片描述

Preference 偏好设置(UserDefaults)

大部分iOS应用都支持偏好设置。比如保存用户名、密码、字体大小等设置，iOS提供了一套标准的解决方案来为应用加入偏好设置功能。

每个应用都有个NSUserDefaults实例，通过它来存取偏好设置。

比如：如果我们要保存用户名，字体大小，是否自动登录：

NSUserDefaults *defaults = [NSUserDefaults standardUserDefaults];
[defaults setObject:@"张三" forKey:@"username"];
[defaults setFloat:18.0f forKey:@"text_size"];
[defaults setBool:YES forKey:@"auto_login"];

当我们需要使用时，读取上次保存的位置：

NSUserDefaults *defaults = [NSUserDefaults standardUserDefaults];
NSString *username = [defaults stringForKey:@"username"];
float textSize = [defaults floatForKey:@"text_size"];
BOOL autoLogin = [defaults boolForKey:@"auto_login"];

UserDefaults设置数据时，不是立即写入，而是根据时间戳定时地把缓存中的数据写入本地磁盘。所以调用了set方法之后数据有可能还没有写入磁盘应用程序就终止了。出现以上问题，可以通过调用synchornize方法[defaults synchornize];强制写入。

偏好设置存储的优点：

不需要关心文件名，系统会自动帮你生成一个文件名。
快速做键值对的存储。

NSKeyedArchiver 归档解档

之前对于数组的完全深拷贝，我们知道可以使用归档进行，现在我们来真正了解归档吧：

NSKeyedArchiver(归档)：归档一般都是保存自定义对象的时候，使用归档。因为plist文件不能够保存自定义对象。如果一个字典中保存有自定义对象，如果把这个对象写入到文件当中，它是不会生成 plist文件的。如果对象是NSString、NSDictionary、NSArray、NSData、NSNumber等类型，可以直接用NSKeyedArchiver进行归档和恢复。

但是在我们使用归档之前，我们必须得遵守NSSecureCoding协议才行，老版本只需要遵循NSCoding实现其归档和解档的方法就行，但是iOS13更新之后就不行了，我们就必须的遵守NSSecureCoding协议，NSSecureCoding协议也遵循了原来NSCoding这个协议，不过我们还需要遵循它的一个supportsSecureCoding方法，这样我们才能归档成功。

也就是说我们一定要实现下面三个方法，才可以完成一次归档和解档

- (void)encodeWithCoder:(NSCoder *)coder; // 解码
- (nullable instancetype)initWithCoder:(NSCoder *)coder; // 编码
+ (BOOL)supportsSecureCoding; // 是否支持

// Person.m
#import "Person.h"@implementation Person- (instancetype)initWithName:(NSString *)name age:(NSInteger)age address:(NSString *)address {self = [super init];if (self) {_name = [name copy];_age = age;_address = [address copy];}return self;
}#pragma mark - NSSecureCoding
//一定要返回YES才可以成功归档
+ (BOOL)supportsSecureCoding {return YES;
}- (void)encodeWithCoder:(NSCoder *)coder {[coder encodeObject:_name forKey:@"name"];[coder encodeInteger:_age forKey:@"age"];[coder encodeObject:_address forKey:@"address"];
}- (instancetype)initWithCoder:(NSCoder *)coder {self = [super init];if (self) {_name = [coder decodeObjectOfClass:[NSString class] forKey:@"name"];_age = [coder decodeIntegerForKey:@"age"];_address = [coder decodeObjectOfClass:[NSString class] forKey:@"address"];}return self;
}- (NSString *)description {return [NSString stringWithFormat:@"Name: %@, Age: %ld, Address: %@", _name, (long)_age, _address];
}// 获取沙盒Documents目录路径
NSString* getDocumentsPath() {NSArray *paths = NSSearchPathForDirectoriesInDomains(NSDocumentDirectory, NSUserDomainMask, YES);return [paths firstObject];
}// 归档（保存）Person对象到指定文件路径
BOOL archivePerson(Person *person, NSString *filePath) {NSError *archiveError = nil;if (@available(iOS 11.0, macOS 10.13, *)) {NSData *data = [NSKeyedArchiver archivedDataWithRootObject:person requiringSecureCoding:YES error:&archiveError];if (archiveError) {NSLog(@"归档失败: %@", archiveError);return NO;} else {BOOL success = [data writeToFile:filePath atomically:YES];NSLog(@"归档%@", success ? @"成功" : @"失败");return success;}} else {BOOL success = [NSKeyedArchiver archiveRootObject:person toFile:filePath];NSLog(@"归档%@", success ? @"成功" : @"失败");return success;}
}// 解档（读取）Person对象从指定文件路径
Person* unarchivePerson(NSString *filePath) {NSError *unarchiveError = nil;if (@available(iOS 11.0, macOS 10.13, *)) {NSData *data = [NSData dataWithContentsOfFile:filePath];if (data) {Person *person = [NSKeyedUnarchiver unarchivedObjectOfClass:[Person class] fromData:data error:&unarchiveError];if (unarchiveError) {NSLog(@"解档失败: %@", unarchiveError);return nil;} else {NSLog(@"解档成功: %@", person);return person;}}return nil;} else {Person *person = [NSKeyedUnarchiver unarchiveObjectWithFile:filePath];NSLog(@"解档%@%@", person ? @"成功: " : @"失败: ", person);return person;}
}@end

以下简单理解：

#import <Foundation/Foundation.h>NS_ASSUME_NONNULL_BEGIN@interface Person : NSObject<NSSecureCoding>
@property (nonatomic, strong) NSString *name;
@property (assign) int age;
- (void)saveData;
- (void)readData;@end#import "Person.h"@implementation Person
- (void)encodeWithCoder:(NSCoder *)coder {[coder encodeObject:_name forKey:@"name"];[coder encodeInt:_age forKey:@"age"];
}
- (id)initWithCoder:(NSCoder *)coder {if (self = [super init]) {_name = [coder decodeObjectForKey:@"name"];_age = [coder decodeIntForKey:@"age"];}return self;
}
// 返回YES才能成功归档
+ (BOOL)supportsSecureCoding {return YES;
}- (void)saveData {Person *p = [[Person alloc] init];p.name = @"clearlove";p.age = 24;NSError *error;// 2.归档模型对象// 3.获得 Documents 的全路径NSString *docu = [NSSearchPathForDirectoriesInDomains(NSDocumentDirectory, NSUserDomainMask, YES) lastObject];// 4.获得新文件的全路径，即新建一个 person.data 文件来存储我们要归档的数据NSString *path = [docu stringByAppendingString:@"/person.plist"];NSLog(@"%@", path);// 5.将对象封装为 Data 数据并归档NSData *data = [NSKeyedArchiver archivedDataWithRootObject:p requiringSecureCoding:YES error:&error];if (error) {NSLog(@"sodufosuf%@", error);}[data writeToFile:path atomically:YES];
}
// 读档，将数据从文件中读出
- (void)readData {NSError *error;// 1.获得 Documents 的全路径NSString *docu = [NSSearchPathForDirectoriesInDomains(NSDocumentDirectory, NSUserDomainMask, YES) lastObject];// 2.获得文件的全路径，即获取我们要解档文件的路径NSString *path = [docu stringByAppendingString:@"/person.plist"];// 3.从 path 路径中获取 Data 数据NSData *unData = [NSData dataWithContentsOfFile:path];// 4.从文件中读取Person对象Person *person = (Person *)[NSKeyedUnarchiver unarchivedObjectOfClass:[Person class] fromData:unData error:&error];// 打印结果NSLog(@"name: %@ age: %d",person.name, person.age);
}
@end

如果父类也遵守了NSCoding协议，请注意：应该在encodeWithCoder:方法中加上一句[super encodeWithCode:encode];确保继承的实例变量也能被编码，即也能被归档。应该在initWithCoder:方法中加上一句self = [super initWithCoder:decoder];确保继承的实例变量也能被解码，即也能被恢复。

有时候可能想将多个对象写入到同一个文件中，那么就要使用NSData来进行归档对象。 NSData可以为一些数据提供临时存储空间，以便随后写入文件，或者存放从磁盘读取的文件内容。可以使用[NSMutableData data]创建可变数据空间。

// 新建一块可变数据区
NSMutableData *data = [NSMutableData data];
// 将数据区连接到一个NSKeyedArchiver对象
NSKeyedArchiver *archiver = [[NSKeyedArchiver alloc] initForWritingWithMutableData:data];
// 开始存档对象，存档的数据都会存储到NSMutableData中
[archiver encodeObject:person1 forKey:@"person1"];
[archiver encodeObject:person2 forKey:@"person2"];
// 存档完毕(一定要调用这个方法)
[archiver finishEncoding];
// 将存档的数据写入文件
[data writeToFile:path atomically:YES];

数据库存储：

SQLite:是目前主流的嵌入式关系型数据库，其最主要的特点就是轻量级、跨平台，当前很多嵌入式操作系统都将其作为数据库首选。
CoreData:苹果基于sqlite封装的ORM(Object Relational Mapping)的数据库，直接对象映射.其中有三个对象
- NSManagedObject
  只要定义一个类继承该类就会创建一张与之对应的表，也就是一个继承与该类的类就对应一张表，每一个通过继承该类创建出来的对象，都是该类对应的表中的一条数据。
- NSManagedObjectContext
  用于操作数据库，只要有类它就能对数据库的表进行增删改查
- NSPersistentStoreCoordinator
  决定存储的位置
- 注意： 该数据库多线程并不安全。最好一个线程创建一个NSManagedObjectContext
FMDB:iOS端github使用最广的针对OC对sqlite的封装，支持队列操作
WCDB:微信技术团队开源的对sqlite操作的封装，支持对象和数据库映射，ORM数据库的一种实现，比FMDB更高效

序列化与反序列化

序列化：把对象转化为字节序列的过程
反序列化：把字节序列恢复成对象
作用：把对象写到文件或者数据库中，并且读取出来

iOS中怎么实现序列化？

在iOS中就是采用我们的一个归档的方式来实现一个序列化的.在iOS中一个自定义对象是无法直接存入到文件中的，必须先转化成二进制流才行。从对象到二进制数据的过程我们一般称为对象的序列化(Serialization)，也称为归档(Archive)。同理，从二进制数据到对象的过程一般称为反序列化或者反归档(解档)。

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