腾讯开源基于 mmap 的高性能 key-value 组件 MMKV

发布日期:2018-09-25 浏览次数: 5077 次
  腾讯微信团队宣布开源 MMKV ,这是基于 mmap 内存映射的 key-value 组件,底层序列化/反序列化使用 protobuf 实现,主打高性能和稳定性。MMKV 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。近期也已移植到 Android 平台,一并对外开源。
  以下引用官方文档:
  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,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 MMKV 原理:
  
https://github.com/Tencent/MMKV/wiki/design
  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。
  性能对比
  iOS
  循环写入随机的int 1w 次,我们有如下性能对比:
  更详细的性能对比参考 iOS Benchmark:
  https://github.com/Tencent/MMKV/wiki/iOS_benchmark_cn
  Android
  循环写入随机的int 1k 次,我们有如下性能对比:
  更详细的性能对比参考 Android Benchmark:
  https://github.com/Tencent/MMKV/wiki/android_benchmark_cn
  转自:开源最前线
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