Android Scoped Storage适配完全指南

关键词：Android、Scoped Storage、适配、存储权限、文件访问

摘要：本文将全面介绍Android Scoped Storage的相关知识，从背景出发，详细解释核心概念，阐述其原理和架构，给出具体的算法实现步骤，结合项目实战案例进行代码解读，分析实际应用场景，推荐相关工具和资源，探讨未来发展趋势与挑战。旨在帮助开发者全面掌握Android Scoped Storage的适配方法，顺利完成应用的升级改造。

背景介绍

目的和范围

在Android系统不断发展的过程中，为了更好地保护用户的隐私和数据安全，Google推出了Scoped Storage（分区存储）机制。本指南的目的就是帮助开发者了解Scoped Storage的相关概念、原理和适配方法，使开发者能够将应用适配到支持Scoped Storage的Android系统上。本指南的范围涵盖了Scoped Storage的核心概念、算法原理、代码实现、实际应用场景等方面。

预期读者

本指南主要面向Android开发者，尤其是那些需要将应用适配到Android 10及以上系统的开发者。对于初学者来说，本指南可以帮助他们快速了解Scoped Storage的基本知识；对于有一定经验的开发者来说，本指南可以提供详细的技术细节和实战案例，帮助他们更好地完成适配工作。

文档结构概述

本指南将按照以下结构进行组织：首先介绍核心概念，通过故事引入和通俗易懂的解释让读者了解Scoped Storage的基本概念；然后阐述核心概念之间的关系，并给出原理和架构的文本示意图及Mermaid流程图；接着讲解核心算法原理和具体操作步骤，结合Python代码进行详细阐述；再给出数学模型和公式，并举例说明；之后通过项目实战案例，介绍开发环境搭建、源代码实现和代码解读；分析实际应用场景，推荐相关工具和资源；探讨未来发展趋势与挑战；最后进行总结，提出思考题，并提供常见问题与解答和扩展阅读参考资料。

术语表

核心术语定义

• Scoped Storage（分区存储）：Android 10及以上系统引入的一种存储机制，它限制了应用对外部存储的访问权限，使应用只能访问自己的专属目录和特定的公共目录。
• 外部存储（External Storage）：指的是设备上可用于存储文件的非系统分区，例如SD卡或内置的大容量存储区域。
• 应用专属目录（App-Specific Directory）：每个应用在外部存储中都有自己的专属目录，应用可以自由读写该目录下的文件，而不需要额外的权限。

相关概念解释

• 存储权限：在Android系统中，应用访问外部存储需要相应的权限。在Scoped Storage之前，应用可以通过请求READ_EXTERNAL_STORAGE和WRITE_EXTERNAL_STORAGE权限来访问整个外部存储；而在Scoped Storage中，权限管理更加精细。
• 媒体文件（Media Files）：如图片、音频、视频等文件，在Scoped Storage中有专门的访问方式和管理机制。

缩略词列表

• SAF（Storage Access Framework）：存储访问框架，用于在Scoped Storage中让用户选择文件或目录。

核心概念与联系

故事引入

想象一下，有一个大型的图书馆，里面存放着各种各样的书籍。以前，图书馆的管理比较宽松，每个读者都可以自由地在图书馆的各个角落寻找和借阅书籍。但是，随着图书馆的规模越来越大，书籍数量越来越多，这种管理方式出现了一些问题，比如有些读者会随意乱放书籍，导致其他读者找不到自己需要的书。于是，图书馆决定采用一种新的管理方式，将图书馆划分为不同的区域，每个读者只能在自己的专属区域内自由活动，而对于公共区域的书籍，需要通过特定的流程才能借阅。Android Scoped Storage就像是这个新的图书馆管理方式，它对应用访问外部存储的权限进行了限制，让数据管理更加有序和安全。

核心概念解释（像给小学生讲故事一样）

** 核心概念一：Scoped Storage（分区存储）**
Scoped Storage就像是一个小区，每个应用都有自己的小房子（应用专属目录），应用可以在自己的小房子里自由地放东西和拿东西，不需要经过别人的同意。而对于小区里的公共区域（公共目录），应用不能随便进去拿东西，需要经过一定的程序才能访问。

** 核心概念二：应用专属目录**
应用专属目录就像是每个应用的小秘密基地。在这个基地里，应用可以放心地存储自己的重要文件，比如游戏应用可以把玩家的游戏记录存放在这里，音乐应用可以把下载的音乐文件放在这里。其他应用是不能随便进入这个秘密基地的，只有这个应用自己可以自由进出。

** 核心概念三：SAF（Storage Access Framework）**
SAF就像是一个小秘书，当应用需要访问公共区域的文件时，它可以帮助应用和用户进行沟通。比如，当一个图片编辑应用需要用户选择一张图片进行编辑时，SAF就会弹出一个窗口，让用户在公共的图片库中选择一张图片，然后把这张图片的信息告诉给应用。

核心概念之间的关系（用小学生能理解的比喻）

Scoped Storage、应用专属目录和SAF就像一个团队，Scoped Storage是队长，它制定了整个团队的规则；应用专属目录是队员的私人领地，队员可以在自己的领地自由活动；SAF是团队的沟通使者，负责和外界进行沟通。
** 概念一和概念二的关系：**
Scoped Storage规定了应用专属目录的存在和使用规则。就像队长给每个队员分配了一个私人房间，队员可以在房间里自由地做自己想做的事情，但是不能超出队长规定的范围。
** 概念二和概念三的关系：**
当应用专属目录里的资源不够时，应用就需要通过SAF去公共区域获取资源。就像队员在自己的房间里找不到需要的东西时，就需要通过沟通使者去公共区域寻找。
** 概念一和概念三的关系：**
Scoped Storage通过SAF来实现对公共区域文件的访问控制。队长通过沟通使者来管理队员和外界的交流，确保队员在和外界交流时遵守团队的规则。

核心概念原理和架构的文本示意图（专业定义）

Scoped Storage的核心原理是通过权限管理和目录划分，限制应用对外部存储的访问。应用只能访问自己的专属目录，对于公共目录的访问需要通过SAF或特定的API。其架构主要包括应用层、系统层和存储层。应用层通过调用系统提供的API来访问存储层的文件；系统层负责权限管理和文件访问控制；存储层则是实际存储文件的地方，包括应用专属目录和公共目录。

Mermaid 流程图

核心算法原理 & 具体操作步骤

访问应用专属目录

在Android中，应用可以通过以下代码访问自己的专属目录：

// 获取应用专属目录
File appSpecificDir = getExternalFilesDir(null);
if (appSpecificDir != null) {// 在专属目录下创建一个新文件File newFile = new File(appSpecificDir, "test.txt");try {// 写入数据FileOutputStream fos = new FileOutputStream(newFile);fos.write("Hello, Scoped Storage!".getBytes());fos.close();} catch (IOException e) {e.printStackTrace();}
}

通过SAF访问公共目录

以下是一个通过SAF选择图片文件的示例代码：

// 创建一个Intent，用于启动SAF
Intent intent = new Intent(Intent.ACTION_OPEN_DOCUMENT);
intent.addCategory(Intent.CATEGORY_OPENABLE);
intent.setType("image/*");
// 启动SAF
startActivityForResult(intent, PICK_IMAGE_REQUEST_CODE);// 在onActivityResult方法中处理选择结果
@Override
protected void onActivityResult(int requestCode, int resultCode, Intent data) {super.onActivityResult(requestCode, resultCode, data);if (requestCode == PICK_IMAGE_REQUEST_CODE && resultCode == RESULT_OK) {if (data != null) {Uri uri = data.getData();try {// 通过Uri获取文件内容InputStream inputStream = getContentResolver().openInputStream(uri);// 处理文件内容} catch (FileNotFoundException e) {e.printStackTrace();}}}
}

数学模型和公式 & 详细讲解 & 举例说明

在Scoped Storage的适配中，并没有严格意义上的数学模型和公式。但是，我们可以用一些简单的逻辑来描述应用对文件的访问规则。
假设 $A$ 表示应用，$D_{app}$ 表示应用专属目录，$D_{public}$ 表示公共目录，$P$ 表示权限。则应用对文件的访问规则可以表示为：
$$A\stackrel{P_{self}}{\to }{D}_{app}$$
$$A\stackrel{P_{saf}}{\to }{D}_{public}$$
其中，$P_{self}$ 表示应用访问自己专属目录的权限，这个权限是默认拥有的；$P_{saf}$ 表示应用通过SAF访问公共目录的权限，需要用户授权。

举例说明：一个图片编辑应用，它可以自由地在自己的专属目录中存储和读取用户编辑后的图片文件，因为它拥有访问自己专属目录的权限；而当它需要从公共的图片库中选择一张图片进行编辑时，就需要通过SAF，并且获得用户的授权。

项目实战：代码实际案例和详细解释说明

开发环境搭建

1. 打开Android Studio，创建一个新的Android项目。
2. 在项目的 build.gradle 文件中，将 targetSdkVersion 设置为29或更高版本，以启用Scoped Storage。

android {compileSdkVersion 31buildToolsVersion "31.0.0"defaultConfig {applicationId "com.example.scopedstorageapp"minSdkVersion 21targetSdkVersion 31versionCode 1versionName "1.0"testInstrumentationRunner "androidx.test.runner.AndroidJUnitRunner"}...
}

源代码详细实现和代码解读

以下是一个完整的示例代码，包括访问应用专属目录和通过SAF访问公共目录：

import android.content.Intent;
import android.database.Cursor;
import android.net.Uri;
import android.os.Bundle;
import android.provider.OpenableColumns;
import android.view.View;
import android.widget.Button;
import android.widget.TextView;
import androidx.appcompat.app.AppCompatActivity;
import java.io.File;
import java.io.FileOutputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;public class MainActivity extends AppCompatActivity {private static final int PICK_IMAGE_REQUEST_CODE = 1;private TextView textView;@Overrideprotected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {super.onCreate(savedInstanceState);setContentView(R.layout.activity_main);textView = findViewById(R.id.textView);Button writeToAppSpecificDirButton = findViewById(R.id.writeToAppSpecificDirButton);Button pickImageButton = findViewById(R.id.pickImageButton);// 写入应用专属目录的按钮点击事件writeToAppSpecificDirButton.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {@Overridepublic void onClick(View v) {writeToAppSpecificDir();}});// 选择图片的按钮点击事件pickImageButton.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {@Overridepublic void onClick(View v) {pickImage();}});}private void writeToAppSpecificDir() {// 获取应用专属目录File appSpecificDir = getExternalFilesDir(null);if (appSpecificDir != null) {// 在专属目录下创建一个新文件File newFile = new File(appSpecificDir, "test.txt");try {// 写入数据FileOutputStream fos = new FileOutputStream(newFile);fos.write("Hello, Scoped Storage!".getBytes());fos.close();textView.setText("文件已写入应用专属目录：" + newFile.getAbsolutePath());} catch (IOException e) {e.printStackTrace();textView.setText("写入文件时出错：" + e.getMessage());}} else {textView.setText("无法获取应用专属目录");}}private void pickImage() {// 创建一个Intent，用于启动SAFIntent intent = new Intent(Intent.ACTION_OPEN_DOCUMENT);intent.addCategory(Intent.CATEGORY_OPENABLE);intent.setType("image/*");// 启动SAFstartActivityForResult(intent, PICK_IMAGE_REQUEST_CODE);}@Overrideprotected void onActivityResult(int requestCode, int resultCode, Intent data) {super.onActivityResult(requestCode, resultCode, data);if (requestCode == PICK_IMAGE_REQUEST_CODE && resultCode == RESULT_OK) {if (data != null) {Uri uri = data.getData();try {// 通过Uri获取文件内容InputStream inputStream = getContentResolver().openInputStream(uri);// 获取文件名String fileName = getFileName(uri);textView.setText("已选择图片：" + fileName);} catch (IOException e) {e.printStackTrace();textView.setText("读取文件时出错：" + e.getMessage());}}}}private String getFileName(Uri uri) {String result = null;if (uri.getScheme().equals("content")) {Cursor cursor = getContentResolver().query(uri, null, null, null, null);try {if (cursor != null && cursor.moveToFirst()) {result = cursor.getString(cursor.getColumnIndex(OpenableColumns.DISPLAY_NAME));}} finally {cursor.close();}}if (result == null) {result = uri.getPath();int cut = result.lastIndexOf('/');if (cut != -1) {result = result.substring(cut + 1);}}return result;}
}

代码解读与分析

• writeToAppSpecificDir 方法：该方法用于向应用专属目录写入文件。首先通过 getExternalFilesDir 方法获取应用专属目录，然后在该目录下创建一个新的文件，并将数据写入该文件。
• pickImage 方法：该方法用于启动SAF，让用户选择一张图片。通过创建一个 Intent，并设置其动作为 ACTION_OPEN_DOCUMENT，类型为 image/*，然后调用 startActivityForResult 方法启动SAF。
• onActivityResult 方法：该方法用于处理SAF选择结果。当用户选择了一张图片后，会返回一个 Uri，通过该 Uri 可以获取文件的输入流，进而读取文件内容。
• getFileName 方法：该方法用于获取文件的名称。通过 Uri 查询文件的元数据，从中获取文件名。

实际应用场景

• 文件备份与恢复：应用可以将用户的数据备份到自己的专属目录中，当需要恢复数据时，从专属目录中读取文件。
• 媒体文件处理：图片、音频、视频编辑应用可以通过SAF让用户选择媒体文件进行处理。
• 文件共享：应用可以通过SAF将自己的文件分享给其他应用，或者接收其他应用分享的文件。

工具和资源推荐

• Android Studio：官方的Android开发工具，提供了丰富的开发和调试功能。
• Android Developer Documentation：官方的Android开发文档，包含了Scoped Storage的详细介绍和使用指南。
• Stack Overflow：一个技术问答社区，开发者可以在上面查找关于Scoped Storage适配的相关问题和解决方案。

未来发展趋势与挑战

发展趋势

• 更加严格的权限管理：未来Android系统可能会进一步加强对应用存储权限的管理，提高用户数据的安全性。
• 更好的用户体验：SAF可能会不断优化，提供更加便捷的文件选择和管理界面，提升用户体验。
• 多设备同步：随着多设备互联的发展，Scoped Storage可能会支持更好的文件在不同设备之间的同步和共享。

挑战

• 适配难度增加：对于一些旧的应用，适配Scoped Storage可能会面临较大的难度，需要进行大量的代码修改。
• 兼容性问题：不同的Android设备和版本可能会存在一定的兼容性问题，需要开发者进行充分的测试。
• 用户教育：用户可能对新的存储机制不太熟悉，需要开发者在应用中提供清晰的引导和说明。

总结：学到了什么？

核心概念回顾：

我们学习了Scoped Storage（分区存储）、应用专属目录和SAF（Storage Access Framework）。Scoped Storage是一种新的存储管理机制，它限制了应用对外部存储的访问权限；应用专属目录是每个应用在外部存储中的私人领地，应用可以自由读写该目录下的文件；SAF是一个用于在Scoped Storage中让用户选择文件或目录的框架。

概念关系回顾：

我们了解了Scoped Storage、应用专属目录和SAF之间的关系。Scoped Storage规定了应用专属目录的使用规则，应用可以自由访问自己的专属目录；当应用需要访问公共目录时，需要通过SAF，并获得用户的授权。

思考题：动动小脑筋

思考题一：

你能想到在哪些应用场景中，Scoped Storage的权限管理机制可能会带来一些不便？

思考题二：

如果你是一个开发者，你会如何优化应用在Scoped Storage下的文件访问体验？

附录：常见问题与解答

问题一：在Android 10以下的系统中，是否需要适配Scoped Storage？

答：不需要，Scoped Storage是从Android 10开始引入的，在Android 10以下的系统中仍然使用传统的存储权限管理方式。

问题二：如果应用需要访问多个公共目录，应该如何处理？

答：可以多次调用SAF，让用户分别选择不同的目录。也可以使用 ACTION_OPEN_DOCUMENT_TREE 动作，让用户选择一个目录树，从而获得对该目录树及其子目录的访问权限。

扩展阅读 & 参考资料

• Android Developer Documentation: https://developer.android.com/about/versions/10/privacy/changes#scoped-storage
• Stack Overflow: https://stackoverflow.com/questions/tagged/scoped-storage