iOS数据持久化的基本方式

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从序列化说起

有一定Android开发经验的同学一般对序列化的概念比较熟悉，在使用Intent传递数据的时候，需要实现Serializable或Parcelable接口。其实序列化这个名词非常形象，对象的组成虽然对程序员比较友好，但是它所包含的各种属性甚至指向其他对象的指针，在内存中的排布并无规律，该如何保存呢？序列化就是规定了所有字节排列成二进制文件的规律，相当于规定了某种文件格式，存取的时候可以按照这个格式保存对象。

前面提到的系统对象，包括NSData、NSString、NSNumber、NSDate、NSArray、NSDictionary，都可以直接调用writeToFile写入文件，因为它们本身已经实现了NSCoding协议。所以自定义的对象想要完成序列化，首先要实现NSCoding协议，实现encode方法和init方法，分别用于序列化和反序列化。在方法中指定各属性具体如何作为键值对保存起来：

在iOS 12.0之后的Foundation框架中，NSCoder只有一个具体子类NSKeyedArchiver。NSCoding协议提供的方法规定了对象属性如何以键值对的形式保存，接着NSKeyedArchiver将保存的数据转化为二进制序列，然后就可以进行data写入文件、传输data等操作：（对于可能抛出异常的操作，本文一概忽略）

NSKeyedArchiver可以把数据保存为两种格式：二进制和xml，前者占用空间小，后者具有可读性，我们可以自定义文件格式：

如果在requiringSecureCoding传入true，序列化的工作就只会针对实现了NSSecureCoding协议的对象。对应的从文件获取Data，然后利用NSKeyedUnarchiver进行反序列化的过程非常类似，就不再赘述了。

另外，Swift 4.0引入了Codable协议，目标是取代NSCoding，我们不需要编写任何代码，就可以在编译器的帮助下完成对象或者结构体的序列化。但这里为了加深理解，还是手动完成了编解码的过程。

介绍完了序列化，就开始进入正题：iOS持久化的手段。

UserDefaults

从名称也可以知道，UserDefaults被用来储存应用或者用户的默认信息，比如账号密码、主题字体等等信息，主要是为了减少冗余操作，下次能更方便地使用App。它适合保存轻量级的本地数据，数据最终会存储到.plist文件中。它支持了内存层面的同步读写，和持久化的异步操作，并且是以键值对的方式存储。假设现在我们要存储当前用户的用户名：

这里的保存比较简陋，可以先运行一次，然后注释掉保存的代码实验一下，每次运行的时候，就会打印出已经保存在本地的“一个测试的UID”。当然，我们也可以存储自定义的对象：

我们先只调用setPerson方法，然后只调用getPerson方法，重新启动APP，就可以获取到上一次存储的Person对象了。可以看出，存储自定义对象的基本思想非常简单，主要还是需要完成序列化和反序列化的操作，即实现NSCoding的相应方法。我们在保存的时候，还调用了synchronize方法，表示立即同步并写入磁盘，如果不调用的话，保存的信息会不定期地更新。另外，UserDefaults会将数据保存到同一个文件，使用同一个Key时会覆盖原来的数据，这也提醒我们不要存储过多数据。

使用UserDefaults的好处非常多：

使用简单

线程安全，并且所有线程都可以使用

可以在App之间共享

当然也有一些缺点：

使用同一Key时会覆盖数据

没有加密

使用简单也意味着被修改很简单

Keychain

Keychain是一个加密的数据库，可以用来储存密码、证书、私密信息等。它保存的信息处于沙盒之外，也就是说用户卸载App并不会删除Keychain中保存的内容。

Keychain中的数据虽然和键值对相似，但和Dictionary稍有不同：Keychain中保存的每一条信息称为KeychainItem，每个Item是一个Dictionary，保存着Data（被加密的数据）和Attributes（多个Attribute，用于标记Item的类型），如下图所示：

Keychain默认提供的API相当冗余啰嗦，使用一些第三方库又显得过于重量级，这里对Keychain做一个简单封装：

又到了熟悉的过程，在Person类中添加序列化和反序列化的方法：

先创建对象并存入Keychain，然后注释存入的代码，重启应用尝试取出：

控制台将成功打印“name:Rimson age:18”

Keychain的优点比较明显：

Keychain是iOS设备上最安全的数据持久化方式，没有之一

独立于APP存储，卸载后仍保留

线程安全

缺点也比较明显：

API又臭又长

读写信息较多时，速度较慢

不适合存储大对象

Core Data（数据库）

Core Data作为苹果亲儿子，不仅可以用于数据存储和缓存，而且能可视化地描述对象的结构。它的创建和使用方式也和传统的代码不太一样，Core Data会帮我们把对象抽象出来，我们就不需要直接和数据库进行交互了。另外，Core Data本身会记录数据的改变，因此支持了数据库undo和redo操作。Core Data的结构也相对复杂一点，主要有三个部分组成：

NSManagedObject：数据模型，也是我们的存储对象，保存在上下文中

NSMagagedObjectContext：位于内存之中，管理对象的上下文，保存时再进行持久化，一般对它直接操作

NSPersistentStoreCoordinator：持久化存储的协调器，作为本地数据库和Context之间的桥梁

还有一些相关的类和概念：

Core Data Stack：这个Stack并没有体现传统栈的特点，它可以理解为上面几个类的管理者

NSPersistentContainer：一个包裹了上面这些类的容器，用来创建Core Data Stack

画了一张图来帮助理解：

在示例中，我们创建一个Core Data文件，类型为Data Model。

为了避免与Person混淆，创建一个名为CorePerson的Entity，同样拥有name和age两个属性。Entity代表一个对象，相当于数据库中的一张表，对象的属性叫Attribute，即存在表里的数据。

接下来我们创建Core Data Stack，也就是管理整个Core Data的增删查改：

可以先通过saveCorePerson存入几条数据，然后通过loadAllCorePerson获取所有的数据试试效果。和所有数据库一样，Core Data也支持其他增删查改的操作，包括各种筛选条件，在这里就不展示了。

亲儿子Core Data的众多好处：

使用简单，并且苹果在非常努力地维护，提供了很多方便操作的工具

完成了内存和磁盘的统一封装，代码简单，并且在速度和性能上表现不俗

缺点其实也称不上缺点，只是相对牺牲了一些：

需要注意不同线程的操作

添加的对象需要继承NSManagedObject

有时候数据库的同步读写会出现一些未知问题

Property List

Information Proper List也就是plist文件，是一种基于XML的结构化文本文件，能够以键值对的形式存储序列化的对象。它的XML根节点是一个Dictionary，其中包括很多键值对。在iOS项目中，plist最广泛的用途就是Info.plist，里面保存了应用名称、版本号等信息，在使用时也要避免创建相似名称的文件。另外，前面提到的UserDefaults实际上也是用这种方式保存的。

我们创建一个plist文件，然后添加几个值：

用文本编辑打开，可以看到它的格式：

接下来从代码中读取，使用时传入文件名即可：

plist文件存储数据的优点：

读写容易，且xml的格式本身具有可读性

适合保存项目的配置、环境变量等等，比保存在类中更恰当

缺点：

只适合储存少数类型的小体积数据

涉及到路径的字符串使用，且xml内部也都是字符串解析，容易出错

文件

虽然所有数据持久化的本质，都是依赖于文件写入磁盘，但是上次直接读写文件，还是大一时候学习C语言文件指针，所以觉得这种方式十分古老，使用场景也不多，就放在最后介绍它。尽管如此，苹果还是对文件读写非常友好，主要原因是沙盒的存在似的应用的文件结构比较清晰，以及FileManager的API非常简单。

我们对FileManager做一个简单的包装：

可以看到直接与文件进行转化的是Data类型，这就回到了序列化那一套流程。文件作为经典的数据储存方式，优点主要靠FileManager提供：

FileManager支持iCloud同步

FileManager线程安全

适合储存体积非常大的数据

缺点：

URL和字符串的拼接非常容易出错

受沙盒影响，应用的数据与应用绑定

IO操作非常非常慢

虽然文件和其他方式相比有些原始，但持久化并不只是保存一些对象信息，加上现在的音视频图片存储，文件操作依然非常重要。

总结

本文对一般场景的数据持久化方式做了简单介绍，并没有涵盖深入实践和复杂用法，主要目的在于区分各种方式的不同，以及确定不同场景下最合适的方案，因此以表格方式做一个总结。

方案	特点	数据类型	数据体积	使用场景举例
UserDefaults	用户偏好	自定义	小	主题字体、是否自动登录
Keychain	安全	自定义	小	密码、加密数据
Core Data（数据库）	具有redo/undo能力	自定义	大	数据列表缓存
Property List	不经常改动	系统对象	小	应用名称、版本号、省市列表
文件	缓存、安全	自定义	大	音视频、图片缓存

参考资料：
iOS Data Persistence in Swift
GitHub Gist