Android外部ストレージ：概要、メディアの種類、開発での操作方法

モバイルデバイスの外部ストレージとは？

外部ストレージは、アプリケーションの保護されたサンドボックスの一部ではなく、他のプログラムがアクセスできるメモリ領域です。Androidでは、この用語は通常SDカードを指しますが、外部ストレージにはOTGアダプターを介して接続されたUSBドライブや、ファイルシステムレベルで統合されたクラウドドライブも含まれます。内部ストレージとの主な違いは、分離性の欠如です。適切な権限を持つアプリケーションは、外部ストレージ内のファイルを読み取り、変更できます。

Androidでは、外部ストレージには2つの主要モードがあります：ポータブルとアダプタブルです。SDカードをポータブルストレージとしてフォーマットすると、取り外し可能なままで、FAT32またはexFATでフォーマットされます。アダプタブルストレージモードでは、カードはext4でフォーマットされ、AES-128を使用して暗号化され、システムはそれを内部メモリの拡張として扱います。アダプタブルモードはAndroid 6.0 Marshmallow以降で利用可能ですが、デバイスメーカーはファームウェアでこの機能を無効にすることがよくあります。Google Play Consoleの統計によると、アダプタブルストレージをサポートするAndroidデバイスは約12％のみであり、SDカードによる内部メモリの拡張を唯一のオプションとして依存することは推奨されません。

iOSには従来のSDカードはありません。Appleは、すべてのストレージが内部フラッシュメモリとiCloud上に構築されたクローズドアーキテクチャを使用しています。外部ドライブはLightningまたはUSB-Cポートを介してサポートされていますが、それらへのアクセスはシステムファイルマネージャーのFilesとDocument Pickerと統合するアプリケーションに制限されています。ユーザーが外部ソースからどのファイルを開くかを決定します — アプリケーションは明示的な同意なしに接続されたドライブをスキャンできません。

外部メディアの種類と特徴

外部メディアの選択は、速度、容量、ポータビリティの要件によって異なります。メディアの種類によって、モバイルアプリケーションでの速度特性、ファイルシステム、および使用例が異なります。

SDカードと速度クラス

SDカードは書き込み速度によって分類されます：Class 10（10 MB/s）、U1（10 MB/s）、U3（30 MB/s）、V30（30 MB/s）、V90（90 MB/s）。4Kビデオの録画には、少なくともU3またはV30のカードが必要です。大きなメディアファイル（写真処理、ビデオ編集）を扱うモバイルアプリケーションでは、U3クラス以上のカードを使用することをお勧めします。カードの速度はアプリケーションのパフォーマンスに直接影響します：Class 10カードでの4Kビデオ録画は、帯域幅が不十分なためフレーム落ちを引き起こす可能性があります。アプリケーション用のSDカードを選択する際は、速度クラスだけでなく、アプリケーションパフォーマンスクラスの評価にも注意してください：A1およびA2は、データベースおよびアプリケーションキャッシュ操作に重要な最小ランダム読み取りおよび書き込みパフォーマンスを示します。

USB-OTGドライブ

USB-OTG（On-The-Go）は、アダプターを介してモバイルデバイスに外部USBドライブを接続できるようにします。Androidはバージョン3.1からOTGをサポートしていますが、ドライブをマウントするにはファイルシステムをサポートするカーネルが必要です。FAT32とexFATは標準でサポートされており、NTFSはカスタムカーネルを持つデバイスまたはParagonライブラリを介してのみサポートされます。iOSでは、USBドライブのサポートはiOS 13のFilesアプリケーションで登場しました。ドライブを操作するには、アプリケーションはUIDocumentPickerViewControllerを使用する必要があり、ユーザーが選択したファイルへのアクセスのみを提供します — iOSはドライブのファイルシステムへの完全なアクセスを許可しません。

拡張としてのクラウドストレージ

クラウドサービス — iCloud、Google Drive、Dropbox — はシステムプロバイダーを介してデバイスのファイルシステムに統合できます。iOSでは、iCloud DriveはアプリケーションのSandboxコンテナの一部であり、ファイルはユーザーのデバイス間で自動的に同期されます。Androidでは、Google Driveはファイルの読み書きのためのAPIを提供しますが、ファイルシステムへの直接マウントは行われません。大量のデータを扱うモバイルアプリケーションの場合、クラウドストレージはSDカードの代替として機能します。特に拡張スロットのないデバイスで有効です。

Androidで外部ストレージを操作する方法

Androidでの外部ストレージの操作は、オペレーティングシステムのバージョンとScoped Storageモデルによって異なります。ファイルアクセスのプロセスは、Android 9以下、Android 10–12、Android 13+で異なります。

MediaStore APIを介したアクセス

Android 10以降、共有メディアファイルにアクセスする主な方法はMediaStore APIです。このAPIは、共有ストレージ内の画像、動画、音声ファイルを読み書きするための統一インターフェースを提供します。アプリケーションは自分のファイルにアクセスするためにREAD_EXTERNAL_STORAGE権限を必要としませんが、他のアプリケーションのファイルを読み取るには、依然として明示的なユーザー権限が必要です。MediaStoreはメディアファイルを自動的にインデックス化し、それらを照会するためのContentResolverを提供します。

val collection = if (Build.VERSION.SDK_INT >= Build.VERSION_CODES.Q) {
    MediaStore.Images.Media.getContentUri(MediaStore.VOLUME_EXTERNAL_PRIMARY)
} else {
    MediaStore.Images.Media.EXTERNAL_CONTENT_URI
}

val projection = arrayOf(
    MediaStore.Images.Media._ID,
    MediaStore.Images.Media.DISPLAY_NAME
)

val cursor = contentResolver.query(collection, projection, null, null, null)

クエリを実行すると、ファイルのURIを含むCursorが返されます。ファイルを読み取るには、contentResolver.openInputStream(uri)を介してInputStreamを開きます。書き込みも同様にcontentResolver.openOutputStream(uri)を介して行われます。MediaStoreは名前の競合を自動的に処理し、contentResolver.insert(uri, values)を介して新しいファイルを挿入する機能を提供し、作成されたファイルのURIを返します。

SAFを介した任意のファイルの操作

Storage Access Framework（SAF）は、Android 10+で任意のファイルにアクセスするための推奨方法です。SAFはシステムファイルピッカーダイアログを提供し、ユーザーがアプリケーションに特定のファイルやディレクトリへのアクセスを許可します。アプリケーションは、デバイスが再起動されるか、設定で明示的に権限が取り消されるまで有効なアクセスURIを受け取ります。SAFはREAD_EXTERNAL_STORAGEやWRITE_EXTERNAL_STORAGEの権限を必要としないため、Google Playへの公開が簡素化され、権限リクエストの数が減少します。

val requestCode = 42
val intent = Intent(Intent.ACTION_OPEN_DOCUMENT_TREE)
intent.addFlags(
    Intent.FLAG_GRANT_READ_URI_PERMISSION
        or Intent.FLAG_GRANT_WRITE_URI_PERMISSION
)
startActivityForResult(intent, requestCode)

iOSで外部ストレージを操作する方法

iOSでは、外部ファイルの操作はUIDocumentPickerViewControllerを中心に構築されており、ユーザーが特定のファイルやディレクトリを選択するために開きます。アプリケーションは外部ドライブのファイルシステムに直接アクセスできません — ユーザーが明示的に選択したファイルのみにアクセスできます。ファイル選択後、アプリケーションはSandboxコンテナ内の一時的なURLを受け取り、FileManagerを介してファイルを操作できます。

UIDocumentPickerViewControllerの使用

UIDocumentPickerViewControllerを使用すると、ユーザーはiCloud Drive、接続されたUSBドライブ、サードパーティのクラウドサービスなど、利用可能なソースから1つまたは複数のファイルを選択できます。選択後、コントローラーはアプリケーションがセッション中に読み取り可能なURLの配列を返します。アプリケーション終了後もアクセスを維持するには、startAccessingSecurityScopedResource()を呼び出し、UserDefaultsにセキュリティスコープのブックマークを保存する必要があります。

let picker = UIDocumentPickerViewController(
    forOpeningContentTypes: [.data, .image],
    asCopy: true
)
picker.delegate = self

func documentPicker(
    controller: UIDocumentPickerViewController,
    didPickDocumentsAt urls: [URL]
) {
    guard let url = urls.first else { return }
    let data = try Data(contentsOf: url)
}

パラメータasCopy: trueは、iOSがファイルをアプリケーションのSandboxコンテナにコピーし、アプリケーションが元のファイルから独立した独自のコピーを取得することを意味します。asCopy: falseを指定すると、アプリケーションは元のファイルへの参照を受け取りますが、アクセスするにはurl.startAccessingSecurityScopedResource()を呼び出す必要があります。この呼び出しがないと、ファイルの読み取りで例外が発生します。ファイルの操作が終了したら、リソースを解放してディスクリプタリークを防ぐために、必ずurl.stopAccessingSecurityScopedResource()を呼び出してください。

外部ストレージの制限とセキュリティ

外部ストレージのセキュリティは、ファイルが他のアプリケーションからアクセス可能であるため、内部ストレージよりも低くなります。READ_EXTERNAL_STORAGE権限を持つアプリケーションは、SDカード上のすべてのファイルを読み取ることができます。これには、機密データを一時的に保存するためにアプリケーションが作成したファイルも含まれます。悪意のあるアプリケーションがSDカードをスキャンし、暗号化されていないユーザーデータを抽出する可能性があります。したがって、認証トークン、パスワード、またはユーザーの個人データを外部ストレージに平文で保存することは強く推奨されません。

Android 10+では、Scoped Storageは共有ファイルシステムへのアプリケーションのアクセスを大幅に制限します。アプリケーションは権限なしに自分で作成したファイルのみを読み取ることができ、他のアプリケーションのファイルにアクセスするにはSAFダイアログを介した明示的なユーザーの同意が必要です。ただし、この制限はターゲットSDKバージョンが29未満のアプリケーションには適用されません — これらは古いモデルの下で動作し続け、アプリケーションを更新していないユーザーにリスクをもたらします。Google Playは2021年以降、すべての新規および更新アプリケーションにtargetSdkVersion 29+を要求しています。

フォーマットと暗号化はセキュリティのもう一つの重要な側面です。ポータブルストレージとしてフォーマットされたSDカードは、デフォルトではシステムによって暗号化されません。アダプタブルストレージを使用する場合でも、デバイスメーカーがファームウェアでこの機能を有効にしている場合にのみ暗号化がアクティブになります。外部ストレージに保存された機密データを保護するには、AndroidX SecurityのEncryptedFileライブラリを使用します。これは、システムの暗号化に関係なく、AES256-GCMを使用して各ファイルを個別に暗号化します。

外部ストレージ使用の推奨事項

外部ストレージの効果的な使用には、データの可用性とセキュリティのバランスが必要です。ユーザーファイルの信頼性の高いストレージを確保するために、次のルールに従ってください。

• 暗号化なしで外部ストレージに機密データを保存しないでください。トークン、パスワード、個人データを保護するには、EncryptedFileまたはEncryptedSharedPreferencesを使用してください
• 書き込み前に外部ストレージの可用性を確認してください：Environment.getExternalStorageState()を使用してSDカードのステータスを確認します。カードが取り外されている、破損している、または書き込み不可の場合があります
• Android 10+ではScoped StorageとSAFを使用して共有ファイルにアクセスしてください。これにより、要求される権限の数が減り、ユーザーエクスペリエンスが向上します
• 外部ストレージを操作する際は常に例外を処理してください。読み取り中に別のアプリケーションによってファイルが削除または移動される可能性があり、FileNotFoundExceptionが発生します
• 外部ストレージに大量のデータを書き込む前にユーザーに警告してください。確認ダイアログを表示し、SAFを介してディレクトリを選択できるようにしてください

外部ストレージは障害時にデータの整合性を保証しないことを覚えておくことが重要です。SDカードには書き換えサイクルに制限があり、特にClass 4やClass 6の低価格モデルでは顕著です。集中的な書き込み（ロギングやストリーミングデータのキャッシュなど）を行うと、カードは数ヶ月で故障する可能性があります。このようなシナリオでは、内部メモリまたはクラウドストレージを使用し、外部ストレージにはユーザーが損失を許容できると考えるファイルのみを保存してください。StatFsを介してSDカードの状態を定期的に確認し、重大なファイルシステムエラーをユーザーに通知してください。