阅读郭林《第一行代码》的笔记——第6章 数据存储全方案，详解持久化技术

Posted 2020-08-07 持续学习刻意练习

瞬时数据是指那些存储在内存当中，有可能会因为程序关闭或其他原因导致内存被回收而丢失的数据。这对于一些关键性的数据信息来说是绝对不能容忍的，谁都不希望自己刚发出去的一条微博，刷新一下就没了吧。那么怎样才能保证让一些关键性的数据不会丢失呢？这就需要用到数据持久化技术了。

持久化技术简介

数据持久化就是指将那些内存中的瞬时数据保存到存储设备中，保证即使在手机或电脑关机的情况下，这些数据仍然不会丢失。保存在内存中的数据是处于瞬时状态的，而保存在存储设备中的数据是处于持久状态的，持久化技术则是提供了一种机制可以让数据在瞬时状态和持久状态之间进行转换。
android系统中主要提供了三种方式用于简单地实现数据持久化功能，即文件存储、SharedPreference存储以及数据库存储。当然，除了这三种方式之外，你还可以将数据保存在手机的SD卡中，不过使用文件、SharedPreference或数据库来保存数据会相对更简单一些，而且比起将数据保存在SD卡中会更加的安全。

文件存储##

文件存储是Android中最基本的一种数据存储方式，它不对存储的内容进行任何的格式化处理，所有数据都是原封不动地保存到文件当中的，因而它比较适合用于存储一些简单的文本数据或二进制数据。如果你想使用文件存储的方式来保存一些较为复杂的文本数据，就需要定义一套自己的格式规范，这样方便于之后将数据从文件中重新解析出来。
下面是一个将数据存储到文件中和从文件中读取数据的例子，代码如下：
布局文件很简单，就只包含一个EditText控件：

<LinearLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
    android:layout_width="match_parent"
    android:layout_height="match_parent" >


    <EditText
        android:id="@+id/edit"
        android:layout_width="match_parent"
        android:layout_height="wrap_content"
        android:hint="Type something here"
        />


</LinearLayout>

主要代码还是在MainActivity类里面来实现的：

public class MainActivity extends Activity {
     
    private EditText edit;


    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);
        edit = (EditText) findViewById(R.id.edit);
    String inputText = load();
    if (!TextUtils.isEmpty(inputText)) {
    //对字符串进行非空判断的时候使用了 TextUtils.isEmpty()方法，这是一个非常好用的方法，它可以一次性
    //进行两种空值的判断。当传入的字符串等于null或者等于空字符串的时候，这个方法都会返回true，从而使得
    //我们不需要单独去判断这两种空值，再使用逻辑运算符连接起来了。
       edit.setText(inputText);
       edit.setSelection(inputText.length());
       Toast.makeText(this, "Restoring succeeded", Toast.LENGTH_SHORT).show();
    }
    }


    @Override
    protected void onDestroy() {
        super.onDestroy();
        String inputText = edit.getText().toString();
        save(inputText);
    }

//将数据存储到文件中
    public void save(String inputText) {
        FileOutputStream out = null;
        BufferedWriter writer = null;
        try {
            out = openFileOutput("data", Context.MODE_PRIVATE);
            //Context类中提供了一个openFileOutput ()方法，可以用于将数据存储到指定的文件中。
            //这个方法接收两个参数，第一个参数是文件名，在文件创建的时候使用的就是这个名称，注意这里指
            //定的文件名不可以包含路径，因为所有的文件都是默认存储到/data/data/<package  name>/files/目录下的。
            //第二个参数是文件的操作模式，主要有两种模式可选，MODE_PRIVATE和MODE_APPEND。
            //其中MODE_PRIVATE是默认的操作模式，表示当指定同样文件名的时候，所写入的内容将会覆盖原文
            //件中的内容，而MODE_APPEND则表示如果该文件已存在就往文件里面追加内容，不存在就创建新文件。
            //其实文件的操作模式本来还有另外两种，MODE_WORLD_READABLE和MODE_WORLD_WRITEABLE，
            //这两种模式表示允许其他的应用程序对我们程序中的文件进行读写操作，不过由于这两种模式过于
            //危险，很容易引起应用的安全性漏洞，现已在Android 4.2版本中被废弃。
            writer = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(out));
            writer.write(inputText);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            try {
                if (writer != null) {
                    writer.close();
                }
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

//从文件中读取数据
public String load() {
        FileInputStream in = null;
        BufferedReader reader = null;
        StringBuilder content = new StringBuilder();
        try {
            in = openFileInput("data");
            //Context类中还提供了一个 openFileInput()方法，用于从文件中读取数据。
            //这个方法要比 openFileOutput()简单一些，它只接收一个参数，即要读取的文件名，然后系统会
            //自动到/data/data//files/目录下去加载这个文件，并返回一个 FileInputStream对象，得到
            //了这个对象之后再通过Java流的方式就可以将数据读取出来了。
            reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(in));
            String line = "";
            while ((line = reader.readLine()) != null) {
                content.append(line);
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        } finally {
            if (reader != null) {
                try {
                    reader.close();
                } catch (IOException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
        }
        return content.toString();
    }

}

SharedPreferences存储##

SharedPreferences是使用键值对的方式来存储数据的。也就是说当保存一条数据的时候，需要给这条数据提供一个对应的键，这样在读取数据的时候就可以通过这个键把相应的值取出来。而且SharedPreferences还支持多种不同的数据类型存储，如果存储的数据类型是整型，那么读取出来的数据也是整型的，存储的数据是一个字符串，读取出来的数据仍然是字符串。

将数据存储到SharedPreferences 中
要想使用SharedPreferences来存储数据，首先需要获取到SharedPreferences对象。Android中主要提供了三种方法用于得到SharedPreferences对象。

1. Context类中的getSharedPreferences()方法
   此方法接收两个参数，第一个参数用于指定SharedPreferences文件的名称，如果指定的文件不存在则会创建一个，SharedPreferences文件都是存放在/data/data//shared_prefs/目录下的。第二个参数用于指定操作模式，主要有两种模式可以选择，MODE_PRIVATE和MODE_MULTI_PROCESS。MODE_PRIVATE仍然是默认的操作模式，和直接传入0效果是相同的，表示只有当前的应用程序才可以对这个SharedPreferences文件进行读写。MODE_MULTI_PROCESS则一般是用于会有多个进程中对同一个SharedPreferences文件进行读写的情况。类似地，MODE_WORLD_READABLE和MODE_WORLD_WRITEABLE这两种模式已在Android 4.2版本中被废弃。
2. Activity类中的getPreferences()方法
   这个方法和Context中的getSharedPreferences()方法很相似，不过它只接收一个操作模式参数，因为使用这个方法时会自动将当前活动的类名作为SharedPreferences的文件名。
3. PreferenceManager类中的getDefaultSharedPreferences()方法
   这是一个静态方法，它接收一个Context参数，并自动使用当前应用程序的包名作为前缀来命名SharedPreferences文件。
   得到了SharedPreferences对象之后，就可以开始向SharedPreferences文件中存储数据了，主要可以分为三步实现。

• 调用SharedPreferences对象的edit()方法来获取一个SharedPreferences.Editor对象。
• 向SharedPreferences.Editor对象中添加数据，比如添加一个布尔型数据就使用putBoolean方法，添加一个字符串则使用putString()方法，以此类推。
• 调用commit()方法将添加的数据提交，从而完成数据存储操作。

从SharedPreferences 中读取数据

• SharedPreferences对象中提供了一系列的get方法用于对存储的数据进行读取，每种get方法都对应了

• SharedPreferences. Editor中的一种put方法，比如读取一个布尔型数据就使用getBoolean()方法，读取一个字符串就使用getString()方法。这些get方法都接收两个参数，第一个参数是键，传入存储数据时使用的键就可以得到相应的值了，第二个参数是默认值，即表示当传入的键找不到对应的值时，会以什么样的默认值进行返回。

• SharedPreferences存储确实要比文本存储简单方便了许多，应用场景也多了不少，比如很多应用程序中的偏好设置功能其实都使用到了 SharedPreferences技术。

  SQLite是一款轻量级的关系型数据库，它的运算速度非常快，占用资源很少，通常只需要几百K的内存就足够了，因而特别适合在移动设备上使用。SQLite不仅支持标准的SQL语法，还遵循了数据库的ACID事务，所以只要你以前使用过其他的关系型数据库，就可以很快地上手SQLite。而SQLite又比一般的数据库要简单得多，它甚至不用设置用户名和密码就可以使用。Android正是把这个功能极为强大的数据库嵌入到了系统当中，使得本地持久化的功能有了一次质的飞跃。

创建数据库

Android为了让我们能够更加方便地管理数据库，专门提供了一个SQLiteOpenHelper帮助类，借助这个类就可以非常简单地对数据库进行创建和升级。既然有好东西可以直接使用，那我们自然要尝试一下了，下面我就将对SQLiteOpenHelper的基本用法进行介绍。
首先你要知道SQLiteOpenHelper是一个抽象类，这意味着如果我们想要使用它的话，就需要创建一个自己的帮助类去继承它。SQLiteOpenHelper中有两个抽象方法，分别是onCreate()和onUpgrade()，我们必须在自己的帮助类里面重写这两个方法，然后分别在这两个方法中去实现创建、升级数据库的逻辑。
SQLiteOpenHelper中还有两个非常重要的实例方法，getReadableDatabase()和getWritableDatabase()。这两个方法都可以创建或打开一个现有的数据库（如果数据库已存在则直接打开，否则创建一个新的数据库），并返回一个可对数据库进行读写操作的对象。不同的是，当数据库不可写入的时候（如磁盘空间已满）getReadableDatabase()方法返回的对象将以只读的方式去打开数据库，而getWritableDatabase()方法则将出现异常。
SQLiteOpenHelper中有两个构造方法可供重写，一般使用参数少一点的那个构造方法即可。这个构造方法中接收四个参数，第一个参数是Context，这个没什么好说的，必须要有它才能对数据库进行操作。第二个参数是数据库名，创建数据库时使用的就是这里指定的名称。第三个参数允许我们在查询数据的时候返回一个自定义的Cursor，一般都是传入null。第四个参数表示当前数据库的版本号，可用于对数据库进行升级操作。构建出SQLiteOpenHelper的实例之后，再调用它的getReadableDatabase()或getWritableDatabase()方法就能够创建数据库了，数据库文件会存放在/data/data//databases/目录下。此时，重写的onCreate()方法也会得到执行，所以通常会在这里去处理一些创建表的逻辑。
使用adb shell来对数据库和表的创建情况进行检查。
adb是Android SDK中自带的一个调试工具，使用这个工具可以直接对连接在电脑上的手机或模拟器进行调试操作。它存放在sdk的platform-tools目录下，如果想要在命令行中使用这个工具，就需要先把它的路径配置到环境变量里。
如果你使用的是Windows系统，可以右击我的电脑→属性→高级→环境变量，然后在系统变量里找到Path并点击编辑，将platform-tools目录配置进去，如图6.12所示。

如果你使用的是Linux系统，可以在home路径下编辑.bash_profile文件，将platform-tools目录配置进去即可，如图6.13所示：

配置好了环境变量之后，就可以使用adb工具了。打开命令行界面，输入adb shell，就会进入到设备的控制台，如图6.14所示。

然后使用cd命令进行到/data/data/com.example.databasetest/databases/目录下，并使用ls命令查看到该目录里的文件，如图6.15所示。

这个目录下出现了两个数据库文件，一个正是我们创建的BookStore.db，而另一个BookStore.db-journal则是为了让数据库能够支持事务而产生的临时日志文件，通常情况下这个文件的大小都是0字节。
接下来我们就要借助sqlite命令来打开数据库了，只需要键入sqlite3，后面加上数据库名即可，如图6.16所示。

这时就已经打开了BookStore.db数据库，现在就可以对这个数据库中的表进行管理了。首先来看一下目前数据库中有哪些表，键入.table命令，如图6.17所示。

可以看到，此时数据库中有两张表，android_metadata表是每个数据库中都会自动生成的，不用管它，而另外一张Book表就是我们在MyDatabaseHelper中创建的了。这里还可以通过.schema命令来查看它们的建表语句，如图6.18所示。

由此证明，BookStore.db数据库和Book表确实已经是创建成功了。之后键入.exit或.quit命令可以退出数据库的编辑，再键入exit命令就可以退出设备控制台了。

升级数据库

添加数据

其实我们可以对数据进行的操作也就无非四种，即CRUD。其中C代表添加（Create），R代表查询（Retrieve），U代表更新（Update），D代表删除（Delete）。每一种操作又各自对应了一种SQL命令，如果你比较熟悉SQL语言的话，一定会知道添加数据时使用insert，查询数据时使用select，更新数据时使用update，删除数据时使用delete。但是开发者的水平总会是参差不齐的，未必每一个人都能非常熟悉地使用SQL语言，因此Android也是提供了一系列的辅助性方法，使得在Android中即使不去编写SQL语句，也能轻松完成所有的CRUD操作。
调用SQLiteOpenHelper的getReadableDatabase()或getWritableDatabase()方法是可以用于创建和升级数据库的，不仅如此，这两个方法还都会返回一个SQLiteDatabase对象，借助这个对象就可以对数据进行CRUD操作了。
SQLiteDatabase中提供了一个insert()方法，这个方法就是专门用于添加数据的。它接收三个参数，第一个参数是表名，我们希望向哪张表里添加数据，这里就传入该表的名字。第二个参数用于在未指定添加数据的情况下给某些可为空的列自动赋值NULL，一般我们用不到这个功能，直接传入null即可。第三个参数是一个ContentValues对象，它提供了一系列的put()方法重载，用于向ContentValues中添加数据，只需要将表中的每个列名以及相应的待添加数据传入即可。
例子：

            SQLiteDatabase db = dbHelper.getWritableDatabase();
            ContentValues values = new ContentValues();
            // 开始组装第一条数据
            values.put("name", "The Da Vinci Code");
            values.put("author", "Dan Brown");
            values.put("pages", 454);
            values.put("price", 16.96);
            db.insert("Book", null, values); // 插入第一条数据
            values.clear();
            // 开始组装第二条数据
            values.put("name", "The Lost Symbol");
            values.put("author", "Dan Brown");
            values.put("pages", 510);
            values.put("price", 19.95);
            db.insert("Book", null, values); // 插入第二条数据

更新数据

SQLiteDatabase中也是提供了一个非常好用的update()方法用于对数据进行更新，这个方法接收四个参数，第一个参数和insert()方法一样，也是表名，在这里指定去更新哪张表里的数据。第二个参数是ContentValues对象，要把更新数据在这里组装进去。第三、第四个参数用于去约束更新某一行或某几行中的数据，不指定的话默认就是更新所有行。
例子：

            SQLiteDatabase db = dbHelper.getWritableDatabase();
            ContentValues values = new ContentValues();
            values.put("price", 10.99);
    db.update("Book", values, "name = ?", new String[] { "The Da Vinci Code" });

这里在更新数据按钮的点击事件里面构建了一个ContentValues对象，并且只给它指定了一组数据，说明我们只是想把价格这一列的数据更新成10.99。然后调用了SQLiteDatabase的update()方法去执行具体的更新操作，可以看到，这里使用了第三、第四个参数来指定具体更新哪几行。第三个参数对应的是SQL语句的where部分，表示去更新所有name等于?的行，而?是一个占位符，可以通过第四个参数提供的一个字符串数组为第三个参数中的每个占位符指定相应的内容。因此上述代码想表达的意图就是，将名字是The Da Vinci Code的这本书的价格改成10.99。

删除数据

SQLiteDatabase中提供了一个delete()方法专门用于删除数据，这个方法接收三个参数，第一个参数仍然是表名，这个已经没什么好说的了，第二、第三个参数又是用于去约束删除某一行或某几行的数据，不指定的话默认就是删除所有行。
例子：

       SQLiteDatabase db = dbHelper.getWritableDatabase();
       db.delete("Book", "page s > ?", new String[] { "500" });    

查询数据

我们都知道SQL的全称是Structured Query Language，翻译成中文就是结构化查询语言。它的大部功能都是体现在“查”这个字上的，而“增删改”只是其中的一小部分功能。
SQLiteDatabase中还提供了一个query()方法用于对数据进行查询。这个方法的参数非常复杂，最短的一个方法重载也需要传入七个参数。那我们就先来看一下这七个参数各自的含义吧，第一个参数不用说，当然还是表名，表示我们希望从哪张表中查询数据。第二个参数用于指定去查询哪几列，如果不指定则默认查询所有列。第三、第四个参数用于去约束查询某一行或某几行的数据，不指定则默认是查询所有行的数据。第五个参数用于指定需要去group by的列，不指定则表示不对查询结果进行group by操作。第六个参数用于对group by之后的数据进行进一步的过滤，不指定则表示不进行过滤。第七个参数用于指定查询结果的排序方式，不指定则表示使用默认的排序方式。更多详细的内容可以参考下表。其他几个query()方法的重载其实也大同小异，你可以自己去研究一下，这里就不再进行介绍了。
query()方法参数
对应SQL部分
描述
table
from table_name
指定查询的表名
columns
select column1, column2
指定查询的列名
selection
where column = value
指定where的约束条件
selectionArgs-为where中的占位符提供具体的值
groupBy
group by column
指定需要group by的列
having
having column = value
对group by后的结果进一步约束
orderBy
order by column1, column2
指定查询结果的排序方式
虽然query()方法的参数非常多，但是不要对它产生畏惧，因为我们不必为每条查询语句都指定上所有的参数，多数情况下只需要传入少数几个参数就可以完成查询操作了。调用query()方法后会返回一个Cursor对象，查询到的所有数据都将从这个对象中取出。
例子：

           SQLiteDatabase db = dbHelper.getWritableDatabase();
            // 查询Book表中所有的数据
            Cursor cursor = db.query("Book", null, null, null, null, null, null);
            if (cursor.moveToFirst()) {
                do {
                    // 遍历Cursor对象，取出数据并打印
                    String name = cursor.getString(cursor. getColumnIndex("name"));
                    String author = cursor.getString(cursor. getColumnIndex("author"));
                    int pages = cursor.getInt(cursor.getColumnIndex ("pages"));
                    double price = cursor.getDouble(cursor. getColumnIndex("price"));
                    Log.d("MainActivity", "book name is " + name);
                    Log.d("MainActivity", "book author is " + author);
                    Log.d("MainActivity", "book pages is " + pages);
                    Log.d("MainActivity", "book price is " + price);
                } while (cursor.moveToNext());
            }
            cursor.close();

可以看到，我们首先在查询按钮的点击事件里面调用了SQLiteDatabase的query()方法去查询数据。这里的query()方法非常简单，只是使用了第一个参数指明去查询Book表，后面的参数全部为null。这就表示希望查询这张表中的所有数据，虽然这张表中目前只剩下一条数据了。查询完之后就得到了一个Cursor对象，接着我们调用它的moveToFirst()方法将数据的指针移动到第一行的位置，然后进入了一个循环当中，去遍历查询到的每一行数据。在这个循环中可以通过Cursor的getColumnIndex()方法获取到某一列在表中对应的位置索引，然后将这个索引传入到相应的取值方法中，就可以得到从数据库中读取到的数据了。接着我们使用Log的方式将取出的数据打印出来，借此来检查一下读取工作有没有成功完成。最后别忘了调用close()方法来关闭Cursor。

使用SQL操作数据库

直接使用SQL来完成前面几小节中学过的CRUD操作：
添加数据的方法如下：

db.execSQL(“insert into Book (name, author, pages, price) values(?, ?, ?, ?)”,
new String[] { “The Da Vinci Code”, “Dan Brown”, “454”, “16.96” });
db.execSQL(“insert into Book (name, author, pages, price) values(?, ?, ?, ?)”,
new String[] { “The Lost Symbol”, “Dan Brown”, “510”, “19.95” });

更新数据的方法如下：

db.execSQL(“update Book set price = ? where name = ?”, new String[] { “10.99”, “The Da Vinci Code” });

删除数据的方法如下：

db.execSQL(“delete from Book where pages > ?”, new String[] { “500” });

查询数据的方法如下：

db.rawQuery(“select * from Book”, null);

可以看到，除了查询数据的时候调用的是SQLiteDatabase的rawQuery()方法，其他的操作都是调用的execSQL()方法。
使用事务
SQLite数据库是支持事务的，事务的特性可以保证让某一系列的操作要么全部完成，要么一个都不会完成。那么在什么情况下才需要使用事务呢？想象以下场景，比如你正在进行一次转账操作，银行会将转账的金额先从你的账户中扣除，然后再向收款方的账户中添加等量的金额。看上去好像没什么问题吧？可是，如果当你账户中的金额刚刚被扣除，这时由于一些异常原因导致对方收款失败，这一部分钱就凭空消失了！当然银行肯定已经充分考虑到了这种情况，它会保证扣钱和收款的操作要么一起成功，要么都不会成功，而使用的技术当然就是事务了。
例子：

           Database db = dbHelper.getWritableDatabase();
            db.beginTransaction(); // 开启事务
            try {
                db.delete("Book", null, null);
                if (true) {
                    // 在这里手动抛出一个异常，让事务失败
                    throw new NullPointerException();
                }
                ContentValues values = new ContentValues();
                values.put("name", "Game of Thrones");
                values.put("author", "George Martin");
                values.put("pages", 720);
                values.put("price", 20.85);
                db.insert("Book", null, values);
                db.setTransactionSuccessful(); // 事务已经执行成功
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            } finally {
                db.endTransaction(); // 结束事务
            }

上述代码就是Android中事务的标准用法，首先调用SQLiteDatabase的beginTransaction()方法来开启一个事务，然后在一个异常捕获的代码块中去执行具体的数据库操作，当所有的操作都完成之后，调用setTransactionSuccessful()表示事务已经执行成功了，最后在finally代码块中调用endTransaction()来结束事务。注意观察，我们在删除旧数据的操作完成后手动抛出了一个NullPointerException，这样添加新数据的代码就执行不到了。不过由于事务的存在，中途出现异常会导致事务的失败，此时旧数据应该是删除不掉的。
升级数据库的最佳写法
之前我们学习的升级数据库的方式是非常粗暴的，为了保证数据库中的表是最新的，我们只是简单地在onUpgrade()方法中删除掉了当前所有的表，然后强制重新执行了一遍onCreate()方法。这种方式在产品的开发阶段确实可以用，但是当产品真正上线了之后就绝对不行了。想象以下场景，比如你编写的某个应用已经成功上线，并且还拥有了不错的下载量。现在由于添加新功能的原因，使得数据库也需要一起升级，然后用户更新了这个版本之后发现以前程序中存储的本地数据全部丢失了！那么很遗憾，你的用户群体可能已经流失一大半了。
听起来好像挺恐怖的样子，难道说在产品发布出去之后还不能升级数据库了？当然不是，其实只需要进行一些合理的控制，就可以保证在升级数据库的时候数据并不会丢失了。
下面我们就来学习一下如何实现这样的功能，你已经知道，每一个数据库版本都会对应一个版本号，当指定的数据库版本号大于当前数据库版本号的时候，就会进入到 onUpgrade()方法中去执行更新操作。这里需要为每一个版本号赋予它各自改变的内容，然后在 onUpgrade()方法中对当前数据库的版本号进行判断，再执行相应的改变就可以了。
例子：

@Override
    public void onUpgrade(SQLiteDatabase db, int oldVersion, int newVersion) {
        switch (oldVersion) {
        case 1:
            db.execSQL(CREATE_CATEGORY);
        case 2:
            db.execSQL("alter table Book add column category_id integer");
        default:
        }
    }

这里请注意一个非常重要的细节，switch中每一个case的最后都是没有使用break的，为什么要这么做呢？这是为了保证在跨版本升级的时候，每一次的数据库修改都能被全部执行到。比如用户当前是从第二版程序升级到第三版程序的，那么case 2中的逻辑就会执行。而如果用户是直接从第一版程序升级到第三版程序的，那么case 1和case 2中的逻辑都会执行。使用这种方式来维护数据库的升级，不管版本怎样更新，都可以保证数据库的表结构是最新的，而且表中的数据也完全不会丢失了。