移动开发中的数据存储：概念、方法及工作原理

本地数据库：SQLite、Room、Core Data、Realm

为了存储具有实体间关系的结构化数据，使用关系型数据库。

SQLite

SQLite 是一个嵌入式关系型数据库，可在任何移动平台上运行。不需要单独的服务器，数据存储在一个文件中。SQLite 是 Room（Android）的基础，也可选用于 Core Data（iOS）。库：android.database.sqlite（Android）、FMDB/Core Data（iOS）、sqflite（Flutter）。

Room（Android）

Room 是官方 Android Architecture Components 库，用于处理 SQLite。它提供 ORM 层：Entity（表）、DAO（查询）、Database（入口点）。Room 在编译时检查 SQL 查询，支持协程和 Flow，并自动迁移模式。

@Entity
data class User(
    @PrimaryKey val id: Int,
    val name: String,
    val email: String
)

@Dao
interface UserDao {
    @Query("SELECT * FROM user WHERE id = :id")
    suspend fun getUser(id: Int): User?
}

Core Data（iOS）

Core Data 是 Apple 用于管理对象图的框架。它不是纯数据库 — 它是 SQLite、XML 或二进制存储之上的持久化层。Core Data 管理对象（NSManagedObject）、关系、模式版本控制、撤消/重做以及通过 NSManagedObjectContext 进行的多线程处理。

Realm

Realm 是 SQLite 的替代品，被设计为高性能移动数据库。Realm 在读取和写入方面比 SQLite 更快，支持反应式通知（Live Objects）、即时加密和跨平台（Android、iOS、Flutter、React Native）。缺点：APK/IPA 大小增加和更高的内存使用。

键值存储和设置

为了存储少量数据（设置、令牌、缓存），使用简单的键值存储。

SharedPreferences（Android）

SharedPreferences 是 Android 中的旧版键值存储。缺点：同步访问（读取时阻塞 UI）、缺乏类型化、加载大文件时有 ANR 风险。不推荐用于新项目。

DataStore（Jetpack Android）

DataStore 是 Google 提供的 SharedPreferences 的现代替代品。通过 Kotlin Coroutines 和 Flow 异步工作，支持 Preferences DataStore（键值）和 Proto DataStore（通过 Protobuf 的类型化数据）。DataStore 对 UI 线程安全并支持事务。

NSUserDefaults（iOS）

UserDefaults 是 iOS 中用于小型设置的标准存储。支持原始类型、字符串、日期、Data。UserDefaults 是同步的，因此不适用于大数据量。通过 register(defaults:) 注册值设置默认值。

云数据库：Firebase Firestore 和 Realtime DB

对于需要设备间同步的应用程序的数据存储，使用 Firebase 云数据库。

Cloud Firestore

Firebase Firestore 是一个 NoSQL 文档数据库，具有实时订阅、自动扩展、强大的查询和内置离线模式。数据组织为集合和文档（类似 JSON 的结构）。Firestore 支持事务和批处理操作。非常适合聊天、动态和社交应用。

Firebase Realtime Database

Firebase Realtime Database 是一个较旧的 Firebase NoSQL 数据库，将数据存储为单个 JSON 树。比 Firestore 简单，但在查询和扩展方面不太灵活。推荐用于简单的实时应用程序（在线状态、简单聊天）。

安全存储：Keystore、Keychain 和 EncryptedSharedPreferences

存储令牌、密码和加密密钥需要特殊的保护存储。

Android Keystore

Android Keystore 是用于加密密钥的系统存储。密钥存储在硬件环境（TEE — Trusted Execution Environment）中，应用程序和操作系统无法访问。支持密钥生成、加密和签名。Android 9+ 包含 StrongBox Keymaster（专用芯片）。

iOS Keychain

Keychain Services 是用于密码、密钥和证书的安全 iOS 存储。数据使用硬件 Secure Enclave 进行加密。Keychain 支持可访问性级别：Always、WhenUnlocked、WhenUnlockedThisDeviceOnly、AfterFirstUnlock。

EncryptedSharedPreferences（Android）

EncryptedSharedPreferences 是 SharedPreferences 的包装器，通过 AES256-GCM 和 HKDF 进行键值加密。在 AndroidX Security 库中实现。推荐用于存储令牌和敏感设置。

在 IT Sectr，我们使用 Android Keystore + EncryptedSharedPreferences 来存储刷新令牌和基于生物识别的密钥。在 iOS 上，我们使用 kSecAttrAccessibleWhenUnlockedThisDeviceOnly 级别的 Keychain 以获得最大安全性。

文件存储：Internal、External、Cache Directory

对于文件存储（图像、视频、文档），移动平台提供多种类型的存储。

Android Storage

Android 区分 Internal Storage（/data/data/包名/ — 私有存储）和 External Storage（SD 卡或模拟分区）。Cache Directory 是系统可以清理的临时存储。Scoped Storage（Android 10+）限制对 External Storage 的访问 — 应用程序只能看到自己的文件或通过 MediaStore/SAF 访问的文件。

iOS Storage

iOS 提供 Documents Directory（iCloud 备份、持久数据）、Library/Caches（临时文件，不备份）和 Tmp Directory（临时，可清除）。使用 NSFileManager 处理文件系统。iOS 11+ 支持用于云文件的 File Provider。

数据序列化：JSON、Protobuf 和库

序列化将对象转换为传输或存储的格式。反序列化是相反的过程。

格式

JSON（JavaScript Object Notation） 是最流行的格式：可读、灵活、受所有平台支持。XML 更严格，用于旧系统。Protobuf（Protocol Buffers） 是 Google 的二进制格式：比 JSON 紧凑 3-10 倍，解析更快，具有严格的模式。用于高负载系统和微服务。

Android 库

• Gson（Google）— 简单、灵活，但速度慢。自动与 Java/Kotlin 对象一起工作
• Moshi（Square）— 比 Gson 更快，更好的 Kotlin 支持（非空属性、默认值、密封类）
• kotlinx.serialization — JetBrains 的原生 Kotlin 序列化，在编译时工作，支持 JSON、Protobuf、CBOR

iOS 库

JSONSerialization 是用于处理 JSON 的内置 API。Codable（Encodable/Decodable）是一种现代 Swift 协议，用于自动序列化为 JSON、Property List 和其他格式。

struct User: Codable {
    let id: Int
    let name: String
    let email: String
}
let user = User(id: 1, name: "Alice", email: "alice@example.com")
let encoder = JSONEncoder()
let jsonData = try encoder.encode(user)

跨平台解决方案：Hive、ObjectBox、Drift

Flutter 和 React Native 有其自己的高效存储库。

Hive（Flutter）

Hive 是 Flutter 的轻量级、快速键值存储。不需要原生代码（纯 Dart），通过 TypeAdapter 支持类型化，并在隔离区中工作。非常适合缓存、设置和小数据量。

ObjectBox

ObjectBox 是用于 Flutter、Android 和 iOS 的高性能嵌入式数据库。比 SQLite 快 10 倍以上，使用平面文件结构实现最小开销。支持关系、查询和反应式订阅（ObjectBox Dart）。

Drift（原 Moor）

Drift 是 Flutter 和 Dart 的反应式 SQLite 库。提供类型安全查询、迁移、DAO 函数和 Stream 支持（反应式更新）。Drift 是需要 SQLite 的 Flutter 项目的主要选择。