Android文件系统总结——从 Android Q “开始”

Android 系统的文件结构相对复杂，目录繁多。对于上层应用开发者来说，针对系统的分区操作及各个分区的掌握可按照下面几个分点掌握。对于boot， bootloader，recoverty相对底层的分区可按需了解即可。

AndroidStudio 提供了 Device File Explorer 可实时查看设备文件系统。部分分区要求 Root 才能查看，可自行刷机或者使用可 Root 配置的模拟器。其中 system 分区可做了解，data 和 storage 分区需要重点掌握。同时，随着 Android 10 推出 scoped-storage，以往通过文件路径读取 storage 分区可能失效。并且往后随着系统更新，存储框架的约束并定越收越紧。有必要对整个安卓应用所涉及的存储空间有熟悉的了解，同时做好兼容 Android10 scoped-storage 的准备工作。

system分区

始终存在且只读挂载，刷 ROM 的分区.

查看方式

1 2	/system Environment.getRootDirectory().getAbsolutePath()

主要目录

/system/{packageName} 预装 apk 目录，系统应用
/system/lib 自带 apk 用到的库文件
/system/bin 存放一些可执行文件，基本上都是由 C/C++ 编写，比如 app_process 用于启动 Zygote
/system/xbin 存放一些可执行文件，目录可为空
/system/framework 启动系统所用到的框架

data分区（Internal Storage）

Internal Storage,操作该区域存储文件，需要 root 权限操作，用于存放应用内的重要信息，

查看方式

1 2	/data Environment.getDataDirectory().getAbsolutePath()

主要目录

/data/app 用于包含许多 apk 的文件列表
/data/cache 用于保存临时缓存或者下载的文件
/data/data 用于存储 app 的数据
/data/data/{packageName} 以包名形式区分，为app的私有存储空间，app卸载之后会删除该包下的文件
- /database用于存储数据库文件
- /shared_prefs 用于存储 shared 文件
- /lib用于存储 so 库
- /code_cache优化过的代码缓存
- …
- /cache缓存空间， context.getCacheDir() 获取
- /files 数据存储空间，contet.getFilesDir() 获取
  
  一般的，一个应用的内部存储路径未 /data/data/{packageName}/ 。但是对于特殊机型比如华为，小米可能为 /data/user/0/{packageName}/
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  /data/data/{packageName}/files/
  context.getFilesDir().getAbsolutePath();
  
  /data/data/{packageName}/cache/
  context.getCacheDir().getAbsolutePath();

storage 分区（External Storage/Shared Storage）

External Storage/Shared Storage,不需要 root 权限就可以操作。可能包含可移除的存储介质，在使用之前需要判断是否挂载（mounted）

对于 4.4 以前的手机，设备存储很小，存在一个内置的存储空间，这部分空间就是内部存储。另外，还支持一个可以移除的存储介质，就是外部存储，比如 SD 卡。随着硬件升级，大部分大于 Android 4.4 的设备内置的存储空间可以划分为 “内部存储” 和 “外部存储”。同时，若此时还支持插入 SD 卡，则外部存储空间等于 “外部存储” 和 “SD卡存储” 之和。

查看方式

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/storage/emulated/0
@Deprecated  Android10 版本上不再推荐使用该 Api
Environment.getExternalStorageDirectory()

主要目录

storage/emulated/0/Android/
- media/{packageName},以包名的形式区分，app的私有多媒体空间,5.0 Api可用
- obb/{packageName},以包名的形式区分，游戏 obb 数据文件
- data/{packageName} 以包名的形式区分，app的私有存储空间
  - /cache 缓存空间，可通过 context.getExternalCacheDir() 获取
  - /files 数据存储空间，可通过 context.getExternalFilesDir() 获取, Android 10 通过以下方法进一步操作
    - /Music, 通过 context.getExternalFilesDirs(Environment.DIRECTORY_MUSIC) 获取
    - /Podcasts, 通过 context.getExternalFilesDirs(Environment.DIRECTORY_PODCASTS) 获取
    - /Ringtones, 通过 context.getExternalFilesDirs(Environment.DIRECTORY_RINGTONES) 获取
    - /Alarms, 通过 context.getExternalFilesDirs(Environment.DIRECTORY_ALARMS) 获取
    - /Notifications, 通过 context.getExternalFilesDirs(Environment.DIRECTORY_NOTIFICATIONS) 获取
    - /Pictures, 通过 context.getExternalFilesDirs(Environment.DIRECTORY_PICTURES) 获取
    - /Movies, 通过 context.getExternalFilesDirs(Environment.DIRECTORY_MOVIES) 获取
      - media，obb,data Android10及以上按包名为应用划分 沙盒目录，跟随 app 卸载而删除，外部无法访问
storage/emulated/0/Music/ Android 10及以上无法通过路径访问，SAF，MediaStore 可行
storage/emulated/0/Pictures/ 访问同上
storage/emulated/0/Ringtones/ 访问同上
storage/emulated/0/Alarms/ 访问同上
storage/emulated/0/Notifications/ 访问同上
storage/emulated/0/Podcasts/ 访问同上
storage/emulated/0/Movies/ 访问同上
storage/emulated/0/Download/ 访问同上
storage/emulated/0/DCIM/ 访问同上
storage/emulated/0/Documents/ 访问同上
storage/emulated/0/Screenshots/ 访问同上
storage/emulated/0/Audiobooks/ 访问同上

Android 逻辑角度看

App-specific storage
- 存储类型：应用专用存储，私有目录
- 使用方法：getFilesDir(),getCacheDir(),getExternalFilesDir(),getExternalCacheDir(),getExternalMediaDirs()
- 操作权限：内部存储不需要权限，外部存储从 Android4.4 之后也不需要
- 外部应用访问：无法访问内部存储，Android 10及以后无法外部存储
- 卸载是否移除：移除
Preferences
- 存储类型：内部私有存储，键值对存在
- 使用方法：Jetpack Preferences library
- 操作权限：不需要
- 外部应用访问：不可以访问
- 卸载是否移除：移除
Databases
- 存储类型：内部私有存储，持久化结构
- 使用方法：Room persistence library
- 操作权限：不需要
- 外部应用访问：不可以访问
- 卸载是否移除：移除
Shared storage - Media
- 存储类型：共享存储，比如一些图片，视音频
- 使用方法：MediaStore API
- 操作权限：Android9或者更低版本都需要 READ_EXTERNAL_STORAGE 和 WRITE_EXTERNAL_STORAGE。Android10或更高版本在访问外部app才需要
- 外部应用访问：可以访问，但是需要 READ_EXTERNAL_STORAGE 权限
- 卸载是否移除：不移除
Shared storage - Documents、files
- 存储类型：共享存储，比如文档，文件
- 使用方法：Storage Access Framework
- 操作权限：不需要
- 外部应用访问：可以访问，文件选择器可以扫描到
- 卸载是否移除：不移除

一些重要的建议

存储作用域 scoped-storage
针对 Android10 及以上设备，可通过 requestLegacyExternalStorage 来控制，默认 false 。低版本设备可以通过设置为 false 来开启这个特性。以下观点均默认 Andriod 10及以上版本默认支持该特性。
考虑到专用存储空间会随着 app 的卸载而被移除，针对那些用户希望独立于 app 而存在的文件，比如照片，多媒体等，不希望卸载 app 之后被删除则就应该使用共享存储来保留。
如果希望外部应用可以访问到内部存储的文件，应该使用 FileProvider 结合 FLAG_GRANT_READ_URI_PERMISSION 使用。
getCacheDir() 可能因为设备内部存储空间不足而删除部分缓存文件，确保在读取之前检测文件是否存在
如果 app 仅在应用内部为用户提供有价值的多媒体信息，则应使用 getExternalFilesDir 来保存这些多媒体信息,例如选择 getExternalFilesDir(Environment.DIRECTORY_PICTURES) 。
使用 MediaStore 时，系统会自动扫描外部存储并针对媒体进行，目录为 /storage/emulated/0/
- MediaStore.Images，被存储在 DCIM/ 和 Picture/
- MediaStore.Video,被存储在 DCIM/，Picture/ 和 Movies/
- MediaStore.Audio,被存储在 Alarms/，Audiobooks/，Music/，Notifications/，Podcasts/和Ringtones/
- MediaStore.Downloads，被存储在 Download/, 这类型是 Android10 及以上可用
- MediaStore.Files,只有 Andriod10及以上可用
如果尝试使用外部存储的文件原始路径去访问，即使你有 READ_EXTERNAL_STORAGE 权限，在 android 10 及以上也会收到 FileNotFoundException 。应该改成使用 MediaStore API 来访问。
Android 10及以上版本的设备，每一个多媒体文件都有一个应用归属属性，非归属应用访问时需要授权 READ_EXTERNAL_STORAGE 权限。当应用卸载重装之后，访问之前保存的文件也会需要权限，原因是该保存的文件属于之前安装的应用。

Android10及以上实践建议

通过控制 [android:requestLegacyExternalStorage] (https://developer.android.com/training/data-storage/compatibility) 属性来决定要不要开启新特性 scoped-storage

<manifest ... >
  <!-- This attribute is "false" by default on apps targeting
       Android 10 or higher. -->
    <application android:requestLegacyExternalStorage="true" ... >
      ...
    </application>
</manifest>

读取非共享外部存储已经不需要 READ_EXTERNAL_STORAGE 和 WRITE_EXTERNAL_STORAGE,因为整体是一个沙箱涉及，减少权限请求。只有读取其他app的共享外部存储数据才需要，代码向下兼容。
读取共享数据需要请求必要的权限，使用 MediaStore API 进行文件访问
针对其他应用创建的共享文件
- 访问：请求必要权限 -> ContentResoler 查找并打开文件
- 写入：当且仅当你的应用是系统某个功能的默认应用才可以，比如照片管理应用，默认音乐应用等。被设置默认角色之后 -> ContentResoler 查找并打开文件,执行编辑、变更操作。
当应用需要进入兼容 scoped-storage ，面向用户的是允许或拒绝应用程序访问整个外部存储的权限，而不是像图片、视频或音乐等单独的共享集合。
应用无法在沙盒目录之外的路径新建文件，包括使用 Environment.getExternalStorageDirectory().
应用无法直接使用路径访问沙盒之外的文件，MediaStore 只能访问公共目录下的多媒体文件`
应用无法分享文件，需要 file:// 类型的 Uri 转换成 content:// 类型

细节编码可直接查看 Android Q 独立存储一文

system分区

data分区（Internal Storage）

storage 分区（External Storage/Shared Storage）

Android 逻辑角度看

Android10及以上实践建议

参考文档