【iOS】——持久化

在iOS开发中，数据持久化是非常重要的，因为它允许应用程序在不同会话之间保存用户数据、设置、偏好等信息。

为什么数据持久化

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
5. 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。
6. 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。
7. 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。
8. 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。
9. 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。
10. 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中图片的加载

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

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：

• 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。

  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的可能

  保存临时文件，“后续不需要使用”

  tmp 目录中的文件，系统会自动清理

  重新启动手机，tmp 目录会被清空

  系统磁盘空间不足时，系统也会自动清理

应用沙盒目录的常见获取方式

获取沙盒根目录：

NSString *home = NSHomeDirectory();
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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);


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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)
};


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沙盒目录获取示例：

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


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NSCache

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

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的属性

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

在下列场景中会被调用：

1. removeObjectForKey
2. 缓存对象超过NSCache的countLimit和otalCostLimit属性设置的限制
3. App进入后台
4. 系统发出内存警告
5. 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，则无法再继续往缓存中添加数据。
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。

示例代码：

#import <UIKit/UIKit.h>

@interface ViewController : UIViewController<NSCacheDelegate>
@property (nonatomic, strong)NSCache* myCache;

@end

- (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);
}

@end
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从打印结果可以看看出：

1. 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。
2. 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-NSDictionary的存储和读取过程:

- (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": @"clearlove", @"boom": @"4396"};
    [dict writeToFile:documentfileName atomically:YES];
    
    // 取字典
    NSDictionary* msgDict = [NSDictionary dictionaryWithContentsOfFile:documentfileName];
    NSLog(@"%@", msgDict);
}

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Preference 偏好设置(UserDefaults)

很多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，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"];

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读取上次保存的设置

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

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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

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。

因为NSSecureCoding协议也遵循了原来NSCoding这个协议，所以他也就有了- (void)encodeWithCoder:(NSCoder *)coder方法和- (id)initWithCoder:(NSCoder *)coder方法：

-(void)encodeWithCoder:(NSCoder *)coder
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每次归档对象时，都会调用这个方法。一般在这个方法里面指定如何归档对象中的每个实例变量。可以使用encodeObject:forKey:方法归档实例变量。

-(id)initWithCoder:(NSCoder *)coder方法
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每次从文件中会恢复（解码）对象时，都会调用这个方法。一般在这个方法里面指定如何解码文件中的数据为对象的实例变量，可以使用decodeObject:forKey方法解码实例变量。

NSSecureCoding协议还有+ (BOOL)supportsSecureCoding方法，只有当这个方法为YES的时候，才可以归档成功。

下面给出示例代码：

#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


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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];

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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：

CoreData是iOS5之后才出现的一个框架，本质上是对SQLite的一个封装，它提供了对象-关系映射(ORM)的功能，即能够将OC对象转化成数据，保存在SQLite数据库文件中，也能够将保存在数据库中的数据还原成OC对象，在这个过程中不需要手动编写任何SQL语句，CoreData封装了数据库的操作过程，以及数据库中数据和OC对象的转换过程。通过CoreData管理应用程序的数据模型，可以极大程度减少需要编写的代码数量。

Core Data 中的三个对象

• 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

• FMDB：

是一个处理数据存储的第三方框架，框架是对sqlite的封装，整个框架非常轻量级但又不失灵活性，而且更加面向对象。

Core data 多线程不安全

Core data 本身并不是一个并发安全的架构，所以在多线程中实现 Core data 会有问题。

• 原因: CoreData 中的 NSManagedObjectContext 在多线程中不安全。
• 如果想要多线程访问 CoreData，最好的方法是一个线程一个 NSManagedObjectContext。
• 每个 NSManagedObjectContext 都可以使用同一个 NSPersistentStoreCoordinator 实例，因为 NSManagedObjectContext 会在使用 NSPersistentStoreCoordinator 前上锁。

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实际开发中，我们也会使用到序列化，归档就是我们在iOS开发中使用序列化的场景

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)。