数据存储之——Android内、外存储分区&常用存储目录详解（Android Q）

本文将以实用的角度来讲解Android中文件操作的常用方式。

存储的”内“和“外”

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所有Android设备都有两个文件存储区域：内部存储空间（internal Storage）和外部存储空间（external Storage）。这些名称是在Android早期确定的，那时候大部分设备都提供内置的非易失性内存（内部存储空间）以及可移动存储媒介（如,Micro SD卡，提供外部存储空间）。现在，很多设备将永久性存储空间划分为单独的“内部”和“外部”分区。因此，即使没有可移动存储媒介，这两种存储空间也始终存在，并且无论外部存储空间是否可移动，这两种存储空间的API行为在Android系统上都是相同的。

所以，Android系统从逻辑上，只分为"internal Storage" 与 “external Storage” 两个存储分区。

内部存储分区（internal Storage）

内部存储分区，物理位置主要包括了Android系统根目录下的/data、/System、/cache等目录。

内部存储分区的特点：

• 内部分区总是可用。
• 它存放App私有文件，并且不可被其他App访问。
• App卸载后，存储在内部分区上的该App数据将会被清除。
• 不需要额外申请权限。

外部存储分区（external Storage）

它有以下几个特点：

• 外部分区并不总是可用。
• 保存在这里的文件可能被其他程序访问。
• 当用户卸载app时，系统仅仅会删除external中的缓存目录（Context.getExternalCacheDir()）和file目录（Context.getExternalFilesDir()）下的相关文件。
• 需要申请WRITE_EXTERNAL_STORAGE或READ_EXTERNAL_STORAGE权限。

我们在开发过程中，经常需要读取或者存储一些数据，这些数据可以存储在内部分区中，也可以存储在外部分区中，但不同的操作方式会有很大区别，我们下面来详细进行分析。

内部存储分区的访问

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本节重点来分析内部存储分区的数据访问。内部存储包含了/system、/data、/cache等目录及其子目录。

/system

系统存放目录，它和/sdcard以及/data是同级的，是存储根目录的一级子目录。

访问方式

可以通过Environment类的getRootDirectory方法访问：

    private static final String ENV_ANDROID_ROOT = "ANDROID_ROOT"; //环境变量
    private static final File DIR_ANDROID_ROOT = getDirectory(ENV_ANDROID_ROOT, "/system");//如果环境变量指定了，则使用指定值，否则使用"/system"
    public static @NonNull File getRootDirectory() {
        return DIR_ANDROID_ROOT;
    }

这里通常返回目录是"/system"。

子目录

/system/app：存放rom本身附带的软件即系统软件。
/system/data：存放/system/app中，核心系统软件的数据文件信息。
/system/priv-app：存放手机厂商定制的系统级别的应用的apk文件。
/system/bin：存放系统的本地程序，里面主要是Linux系统自带的组件。
/system/media：存放一些音效、铃声、开关机动画等。

/data目录

/data目录时我们App私有数据存储的顶级目录，可以通过Environment.getDataDirectory()获取。

Environment.getDataDirectory()源码：

    private static final File DIR_ANDROID_DATA = getDirectory(ENV_ANDROID_DATA, "/data");
    /**
     * Return the user data directory.
     */
    public static File getDataDirectory() {
        return DIR_ANDROID_DATA;
    }

我们通常不会直接使用该目录进行数据存储操作。

应用程序私有根目录

应用程序私有目录，它的根目录位于/data/data//文件夹下。

可通过Context对象的getDataDir()方法来获取，在开发时，通常我们不应该直接使用该目录，而应该使用file、cache等系统已经定义好的目录。

getDataDir()方法

getDataDir()方法的实现实在ContextImpl中：

    @Override
    public File getDataDir() {
        if (mPackageInfo != null) {
            File res = null;
            if (isCredentialProtectedStorage()) {
                res = mPackageInfo.getCredentialProtectedDataDirFile();
            } else if (isDeviceProtectedStorage()) {
                res = mPackageInfo.getDeviceProtectedDataDirFile();
            } else {
                res = mPackageInfo.getDataDirFile(); //mPackageInfo是LoadedApk的对象。
            }
            ……
        } else {
            throw new RuntimeException(
                    "No package details found for package " + getPackageName());
        }
    }

这里其实有个判断，但通常情况下，逻辑会走到res = mPackageInfo.getDataDirFile()这里，mPackageInfo是LoadedApk的对象，最终数据来源是ApplicationInfo对象传递进来的。

应用程序files目录

Context对象的getFilesDir()方法可以获得应用私有目录的file目录，位置是通常是：/data/data//files文件夹。

我们对文件操作常用的方法，Context对象的openFileOutput()方法的文件根目录地址就是files目录。

ContextImpl中的源码：

    @Override
    public File getFilesDir() {
        synchronized (mSync) {
            if (mFilesDir == null) {
                mFilesDir = new File(getDataDir(), "files");
            }
            return ensurePrivateDirExists(mFilesDir);
        }
    }

该目录是我们需要经常使用的目录。

应用程序cache目录

cache目录是我们App内部存储的缓存目录。它可以通过Context对象的getCacheDir()方法来获得，位置是通常是：/data/data//cache文件夹。如果您想暂时保留而非永久存储某些数据，则应使用特殊的缓存目录来保存这些数据。不应依赖系统为您清理这些文件，而应始终自行维护缓存文件，使其占用的空间保持在合理的限制范围内（例如 1MB）。当用户卸载您的应用时，这些文件也会随之移除。

getCacheDir()方法

Context对象的getCacheDir()方法可以获取cache目录。

ContextImpl中的源码：

    @Override
    public File getCacheDir() {
        synchronized (mSync) {
            if (mCacheDir == null) {
                mCacheDir = new File(getDataDir(), "cache");
            }
            return ensurePrivateCacheDirExists(mCacheDir, XATTR_INODE_CACHE);
        }
    }

cache文件有以下几个特点需要注意：

1. 系统将在磁盘空间不足时自动删除此目录中的文件。
2. 系统将始终首先删除旧文件。
3. 我们可以使用StorageManager类的相关方法更好的管理我们的删除规则。
4. App所占缓存空间的大小可以通过StorageManager.getCacheQuotaBytes(java.util.UUID)来获得。
5. 超过App所分配限额的缓存空间将被优先删除，我们应该尽可能的使我们的cache空间内的文件低于限额值，这会使得我们的cache文件最大可能的减少被删除的概率。

databases目录

databases目录存放了应用程序的数据库文件，位置是通常是：/data/data//databases文件夹。

getDatabasesDir()方法

Context对象的getDatabasesDir()方法可以获取databases目录。

ContextImpl中的源码：

    private File getDatabasesDir() {
        synchronized (mSync) {
            if (mDatabasesDir == null) {
                if ("android".equals(getPackageName())) {
                    mDatabasesDir = new File("/data/system");
                } else {
                    mDatabasesDir = new File(getDataDir(), "databases");
                }
            }
            return ensurePrivateDirExists(mDatabasesDir);
        }
    }

该方法是一个私有方法，不能直接访问，我们通常使用DB的相关封装方法来进行访问。这里我们可以看到，如果应用程序的包名是“android”，则DB的目录是"/data/system"，否则，DB的目录是/data/data//databases。

shared_prefs目录

如果应用想存储一些数据量较小的键值对信息，可以使用SharedPreferences来保存数据，例如，一些应用相关的配置信息等。

它可以通过Context对象的getSharedPreferences方法来进行访问操作，位置是通常是：/data/data//shared_prefs文件夹。

getPreferencesDir()方法

sp目录可以通过getPreferencesDir()方法来进行获取，我们不能直接使用该方法。

ContextImpl中的源码：

    private File getPreferencesDir() {
        synchronized (mSync) {
            if (mPreferencesDir == null) {
                mPreferencesDir = new File(getDataDir(), "shared_prefs");
            }
            return ensurePrivateDirExists(mPreferencesDir);
        }
    }

/cache目录

下载缓存内容目录，它和/system以及/data是同级的，目录是/cache。

该目录可以通过Environment的getDownloadCacheDirectory方法返回：

    private static final File DIR_DOWNLOAD_CACHE = getDirectory(ENV_DOWNLOAD_CACHE, "/cache");
    public static File getDownloadCacheDirectory() {
        return DIR_DOWNLOAD_CACHE;
    }

外部存储分区的访问

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外部存储可能是不可用的，比如遇到SD卡被拔出等情况时，因此在访问之前应对其可用性进行检查。我们可以通过执行getExternalStorageState()来查询外部存储设备的状态，若返回状态为MEDIA_MOUNTED, 则可以读写。

/sdcard

外部存储的sd卡根目录，也就是我们平时从文件管理器中能看到的最顶级目录，它的File绝对路径为：/storage/emulated/0。

访问方式

可以通过Environment类的getExternalStorageDirectory方法访问：

    @Deprecated
    public static File getExternalStorageDirectory() {
        throwIfUserRequired();
        return sCurrentUser.getExternalDirs()[0];
    }

getExternalDirs方法返回的是所有外部存储的文件列表，getExternalStorageDirectory返回的是列表中的第一个元素，也就是主外部存储的目录。

应用的外部私有文件

外部私有文件，存储在外部分区，当应用被卸载后，与该应用相关的数据也清除掉。这里的私有并非其他应用访问不到，而是指该类数据是当前应用私有的，对其他应用并无用处，并且该类文件会在卸载时，被系统删除。

这部分存储的位置位于/Android/data//下。

getExternalFilesDir()方法

通过Context.getExternalFilesDir()方法可以获取SDCard/Android/data//files/目录，一般放一些长时间保存的数据。

ContextImpl中的源码：

    @Override
    public File getExternalFilesDir(String type) {
        // Operates on primary external storage
        final File[] dirs = getExternalFilesDirs(type);
        return (dirs != null && dirs.length > 0) ? dirs[0] : null;
    }

    @Override
    public File[] getExternalFilesDirs(String type) {
        synchronized (mSync) {
            File[] dirs = Environment.buildExternalStorageAppFilesDirs(getPackageName());
            if (type != null) {
                dirs = Environment.buildPaths(dirs, type);
            }
            return ensureExternalDirsExistOrFilter(dirs);
        }
    }

getExternalFilesDir方法的参数，表示将要创建的/files目录下的子目录。通过源码我们看到，它调用了Environment.buildExternalStorageAppFilesDirs(getPackageName())来获取/files目录。buildExternalStorageAppFilesDirs根据外部存储的数量，返回的是一个File的数组，getExternalFilesDir只取第一个，也就是主外部存储的目录。

Environment.buildExternalStorageAppFilesDirs方法：

    public static final String DIR_ANDROID = "Android";
    private static final String DIR_DATA = "data";
    private static final String DIR_MEDIA = "media";
    private static final String DIR_OBB = "obb";
    private static final String DIR_FILES = "files";
    private static final String DIR_CACHE = "cache";
    
    @UnsupportedAppUsage
    public static File[] buildExternalStorageAppFilesDirs(String packageName) {
        throwIfUserRequired();
        return sCurrentUser.buildExternalStorageAppFilesDirs(packageName);
    }

内部类UserEnvironment的buildExternalStorageAppFilesDirs方法：

        public File[] buildExternalStorageAppFilesDirs(String packageName) {
            return buildPaths(getExternalDirs(), DIR_ANDROID, DIR_DATA, packageName, DIR_FILES);
        }

这里按照目录的父子关系，依次创建了相应的目录：Android、data、packageName目录、files。

Context.getExternalCacheDir()方法

通过Context.getExternalCacheDir()方法可以获取到SDCard/Android/data//cache/目录，一般存放临时缓存数据时使用。

ContextImpl中的源码：

    @Override
    public File getExternalCacheDir() {
        // Operates on primary external storage
        final File[] dirs = getExternalCacheDirs();
        return (dirs != null && dirs.length > 0) ? dirs[0] : null;
    }

    @Override
    public File[] getExternalCacheDirs() {
        synchronized (mSync) {
            File[] dirs = Environment.buildExternalStorageAppCacheDirs(getPackageName());
            return ensureExternalDirsExistOrFilter(dirs);
        }
    }

逻辑与files目录类似，最终调用到Environment内部类UserEnvironment的buildExternalStorageAppCacheDirs方法。

内部类UserEnvironment的buildExternalStorageAppCacheDirs方法：

        public File[] buildExternalStorageAppCacheDirs(String packageName) {
            return buildPaths(getExternalDirs(), DIR_ANDROID, DIR_DATA, packageName, DIR_CACHE);
        }

这里创建了cache目录。

外部公共存储目录

使用Environment的getExternalStoragePublicDirectory方法可以访问外部公共存储目录。

Environment的getExternalStoragePublicDirectory方法：

    public static File getExternalStoragePublicDirectory(String type) {
        throwIfUserRequired();
        return sCurrentUser.buildExternalStoragePublicDirs(type)[0];
    }

内部类UserEnvironment的buildExternalStorageAppCacheDirs方法

        public File[] buildExternalStoragePublicDirs(String type) {
            return buildPaths(getExternalDirs(), type);
        }

getExternalDirs方法返回的是所有外部存储的文件列表，getExternalStoragePublicDirectory返回的是列表中的第一个元素，也就是主外部存储中的目录。

该方法会根据传递的参数名为子目录，在/sdcard下创建一个子目录作为公共访问目录。

Environment的getExternalStoragePublicDirectory方法的使用限制

1. Environment的getExternalStoragePublicDirectory方法的参数应该是以下几种特定类型：

     *            {@link #DIRECTORY_MUSIC}, 
     *            {@link #DIRECTORY_PODCASTS},
     *            {@link #DIRECTORY_RINGTONES}, 
     *            {@link #DIRECTORY_ALARMS},
     *            {@link #DIRECTORY_NOTIFICATIONS}, 
     *            {@link #DIRECTORY_PICTURES},
     *            {@link #DIRECTORY_MOVIES}, 
     *            {@link #DIRECTORY_DOWNLOADS},
     *            {@link #DIRECTORY_DCIM}, or 
     *            {@link #DIRECTORY_DOCUMENTS}

2. 参数不能为null。
3. 在Android Q中，该接口已经废弃。替代方案建议使用Context.getExternalFilesDir、MediaStore、Intent.ACTION_OPEN_DOCUMENT。

验证外部存储是否可用

由于外部存储可能会不可用，例如，当用户将存储安装到另一台机器或移除了提供外部存储的SD卡时。因此在访问外部存储之前，我们需要首先验证外部存储是否可用，然后再进行访问操作。

我们可以通过调用getExternalStorageState()来查询外部存储的状态。如果返回的状态为MEDIA_MOUNTED，则可以读取和写入文件。如果返回的是MEDIA_MOUNTED_READ_ONLY，则只能读取文件。

示例代码：

    /* Checks if external storage is available for read and write */
    public boolean isExternalStorageWritable() {
        String state = Environment.getExternalStorageState();
        if (Environment.MEDIA_MOUNTED.equals(state)) {
            return true;
        }
        return false;
    }

    /* Checks if external storage is available to at least read */
    public boolean isExternalStorageReadable() {
        String state = Environment.getExternalStorageState();
        if (Environment.MEDIA_MOUNTED.equals(state) ||
            Environment.MEDIA_MOUNTED_READ_ONLY.equals(state)) {
            return true;
        }
        return false;
    }
    

我们在确认外部存储可用之后，就可以安全的访问外部存储设备上的数据了。