2016年6月14日，蘋果在 WWDC 上正式宣布了全新的文件格式——Apple File System（簡稱 APFS）。根據 Apple 提供的初版開發者文檔介紹，APFS 的具體解釋是：針對閃存/SSD 存儲進行優化，提供了更強大的加密、寫入時復制（Copy-on-write）元數據、空間分享、文件和目錄克隆、快照、目錄大小快速調整、原子級安全存儲基元（Atomic safe-save primitives），以及改進的文件系統底層技術。

　　現在，當用戶升級iOS 10.3系統后，會將整個文件系統升級為 APFS，得益于這個新系統，你會發現打開應用、切換后臺應用時感覺比之前流暢了，而設備內的可用存儲空間也比以前變多了。

　　是的，蘋果這是做好了充分準備，將讓APFS替代此前舊的文件系統HFS+。那么APFS文件系統究竟有什么革新之處呢，它將能夠為用戶們帶來怎樣的變化呢？

　　為什么要做更新

　　在詳解 APFS 之前，我們必須先從HFS+開始講講文件系統對蘋果的重要性。操作系統中負責管理和存儲文件信息的軟件機構稱為文件管理系統，簡稱文件系統，也就是我們理解的在存儲設備上組織文件的方法。

　　HFS+文件系統是蘋果第三代文件系統，最早期型號的Mac使用了名為MFS（Macintosh File System）的文件系統，但很快蘋果又在1985年推出了 HFS 文件系統，那時Mac 512K還是蘋果的旗艦級產品，這套系統存在了十幾年，直到1998年，蘋果在HFS的基礎上升級出了HFS+文件系統，隨著擁有4GB硬盤的G3 PowerMacs一起到來。在那之后，家用電腦的存儲能力可以說增長了好幾千倍，為了對應不同的設備，HFS+也被分成了多個競爭的方向，擁有不同的功能。

　　HFS+不僅作為Mac的文件系統標準從1998年沿用至今，而且同樣也是iPod及iOS設備的文件系統基礎。HFS+推出之時市面上仍以軟盤和HDD作為主要存儲設備，基本沒有為現在流行的閃存和SSD作優化。算上原始的HFS基礎，這套老舊的系統已經使用了30年。

　　30年時間里，計算機硬件和軟件的發展日新月異，HFS+在應付現代硬件和軟件都已經力不從心，存在元數據以大字節序保存、單線程訪問、不支持稀疏文件、寫時復制等等一大堆缺點，不僅速度很慢，而且用久了之后會出現卡、崩潰之類的情況。是時候該出現一個全新的替代系統了。

　　APFS強在哪？

　　APFS在基本的文件系統設計上就遠比HFS+先進，HFS+為32位文件ID，而APFS支持64位索引節點，時間戳間距從HFS+的1秒降低至1納秒，配合著現代處理器和 SSD 遠低于1秒的文件操作時間，所以在低延遲性上足以讓用戶感受到某種使用體驗的飛躍。

　　APFS還原生支持SSD的FTL和Trim，所以性能上當然更強、空間利用率更高，另外與HFS+固定形式的文件系統結構不同，APFS是個具有擴展性的文件系統，可以在未來增加更多新特性、API，為用戶提供更多樣化的服務。

　　通俗地說APFS幾大新特性：

　　一、解決了空間占用的不合理

　　這得益于APFS的兩大功能：文件克隆（Clones）和空間共享（Space Sharing），以及從克隆衍生的磁盤快照。克隆改變了以往文件系統復制文件時必須額外騰出空間來儲存這份復制文檔的問題，在 APFS 下，復制文件不會產生同等的空間占用，它只儲存有變化的數據，然后快速地提取出來。這意味著文件的復制速度會變得很快，而無論你復制多少份文件，它都不需要額外騰出大量存儲空間來“安置”它們了。

　　在macOS和iOS中，以往我們重復調用應用，或者應用之間進行調用時，就會涉及到復制，復制一遍，就得騰出雙倍空間，復制幾遍，就要好幾倍空間。但升級為APFS系統后，不管怎樣調用，都只需額外占用 1 倍的空間，可以說徹底解決了應用運行中很關鍵的存儲和讀取問題。

　　在克隆的原理基礎上，蘋果又進一步給APFS加入了相似的磁盤快照（Snapshot），解決了備份占用時間長、空間大的問題。快照和克隆一樣，都是只有文件發生變化的那一部分才會占用更多的空間，所以你大可以更頻繁的去備份數據，而不用擔心它們把你的磁盤占滿，更不用擔心備份和恢復備份浪費掉漫長的時間了。

　　空間共享解決的可能是大家最為心塞的問題：系統盤已滿。傳統的硬盤分區，會出現一個存儲盤被占得滿滿的，但別的存儲盤又很空的尷尬情況。而 APFS 則利用一項名為Space Sharing的新技術，將存儲分區模擬成整體的“容器”，容器相對獨立，但是在需要的時候，又是歸于APFS的統籌之下，某一個出現容量不夠時，整個APFS下的冗余空間可以隨意調配，這意味著每個容器的空間可以根據操作系統的指令，自由收放大小，除非整個存儲盤已經填滿，否則將再不會出現某個盤空間不足的情況。

　　二、讓文件處理速度變快

　　APFS能夠讓人感覺系統和應用的響應速度變快，除了前面的克隆功不可沒，還有I/O QoS。I/O QoS翻譯過來叫做“輸入輸出進程服務質量”，也叫進程服務質量。當處理關鍵應用和多媒體應用時，多個輸入輸出路線會對操作網絡造成擁堵，QoS就是確保其中重要進程不受延遲或丟棄，同時保證網絡高速運行的技術。

　　APFS在借助各項新技術整體提升了與SSD的適配度的同時，也通過借助I/O QoS（服務質量）改善文件操作延遲，對數據的不同訪問被劃分到不同的優先級中，優先處理那些對用戶來說是緊要的——感知明顯的操作，所以在使用中，用戶就會明顯地感覺到“快”。

　　以往NFS+在設計的時候，考慮到硬件性能的上下兼容，自帶元數據全局鎖，為照顧低頻處理器，所以一個單位時間內只允許一個進程訪問文件系統。但到了如今多核處理器的年代，這顯然已經造成了文件處理速度的瓶頸，于是APFS打開了這把“鎖”，相當于給高性能多核處理器和SSD之間開放了一條更大的“高速公路”，路面更寬，對“交通”的管制也更規范合理了。

　　三、讓數據變得更加安全

　　數據安全有兩個方面，第一是它使用安全，可恢復，不害怕崩潰、不害怕在讀取中丟失；第二個就是它的加密安全。

　　APFS比NFS+更先進的一個方面就是它對數據的保護上。首先APFS有崩潰保護機制（Crash Protection），用戶在編輯文件時，原有數據不會立刻被覆蓋掉，修改產生的變量會在文件系統用新的位置來保存，只有確定新數據已經編輯完畢，才會最終完成覆蓋。即便是軟件崩潰或者發生斷電等意外，也可以最大程度確保數據等安全。

　　加密技術（Encryption）將原先的文件加密方式進行了整合，分為無加密、單密鑰加密、多密鑰加密三個模式。其中多密鑰加密允許用戶使用不同的密鑰分別給設備、文件、單個數據進行加密，這個不僅是系統級的也是硬件級的，意味著即便是別人獲得了你的硬件解鎖方法，依然無法獲取里面的數據。

　　iOS 10.3你能感受到的變化

　　升級iOS 10.3的同學們，同時iOS的文件系統也升級到了APFS，這個升級甚至不需要你做任何額外操作，數據也依舊全部保留完整（當然做備份這個習慣還是要的）。

　　大家議論不已的升級之后可用空間有不同程度的增加，就是因為APFS改善了文件存儲機制，同名文件在iOS系統中只會占用一份空間。一些大容量App的調用也不像以前那樣，必須有1倍多的冗余空間才能完成，自然就為設備存儲釋放了更多的空間。

　　升級 iOS 10.3之后，不少用戶反饋開機速度變快，打開、切換應用感覺更快，是因為 APFS 在應用運行中通過進程分配調整優先級，分層次分批次地運行，而反饋到iOS設備屏幕上，你會看到應用很快被打開，其實 APFS 還在分配其他文件一一啟動，只不過在那個瞬間對用戶來說，就已經是打開應用了。當然，各位感興趣的話也可以試一試SHSH備份，看看是不是備份速度也有了提升。

　　此外，iOS 10.3在數據安全性上也有了增強。這不僅對用戶很重要，其實對開發者同樣重要，這意味著更可靠的數據保存，更可靠的 API 調用，還能對用戶數據進行比較方便的備份了。

　　APFS還擴大了巨型文件的支持以及時間的準確度，對于需要精準時間支持的數據，APFS有了實現基礎。支持的單一文件大小上限從現在的8 exabyte大幅增加到2^63 bytes，App的體積限制得到開放了。

　　不過也需要提醒大家，您設備上的32位應用可能過一段時間就無法適應iOS了，開發者必須更新將App更到64位。

　　更快的時代 這只是序幕

　　APFS是不是蘋果在軟件層面的殺手锏？我們說：是的。盡管它現在剛剛在iOS設備上得到應用，我們也能感受到它對文件管理系統的一系列技術革新，從HFS+到APFS，必定是飛躍式發展。

　　未來，APFS將通用于iOS、macOS、watchOS和tvOS這四個蘋果主要的操作系統中，結束蘋果此前所說的“混亂”局面，讓蘋果產品實現文件系統的一致，實現代碼的一致，從而讓四大系統的更新維護、跨系聯動、應用開發、新技術同步上，都實現真正的統一。

　　從筆者今天升級iOS 10.3的過程來看，APFS對HFS+的替代兼容很安全，沒有發生數據丟失，也沒有發生App無法訪問的情況。但macOS上涉及到磁盤分區還有更復雜的問題，我們還要進一步看APFS針對更多設備的表現。而APFS也需要一段磨合時間，才能讓大家看到更多的進化成果。

　　無論如何，這是一個必須更快的時代，APFS既是這個時代呼之欲出的產物，也是推動蘋果設備變快甚至未來可能更多設備變快的技術助力。嘗試和享受新科技，這就是升級iOS 10.3的理由，這只是開始。