SDWebImage 原理

来源：吴白（@吴白_____ ）

链接：http://www.jianshu.com/p/f14b17467dd9

当前的大环境比去年差了很多，一方面求职的人多了而岗位因为经济形势的影响却相应的少了很多。通货膨胀，生活压力只增不减。对于应聘的万千大军而言，如何能脱颖而出，是个值得考虑的技术问题。自己的价值在于不可替代性或是难以替代性。如果，随便找个程序员就能把你replace掉，你的价值就很低廉了。如果在你负责的某个方面，只有20%的人超越你，那你的价值、你的重要性就凸显出来了，你与雇主的关系就从被动转向了主动，你就有了谈判的筹码。在专业化高度分工的今天，一技之长并不是说需要你掌握某个很大的方面，而只需要你能掌握其中的某一个小的领域，并不断地深入下去。思考源码将是一个很好的切入点。

本文主要涉及一下几点：

• SDWebImage 原理

• SDWebImage 使用

• SDWebImage 源码分析

• 一些思考

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SDWebImage 加载图片原理

具体源码分析见GIT。（https://github.com/dangdangfeng/SDWebImage-Source-Analyse）

目前标注的类

通过标注的类，看懂应该没问题了。

SDWebImage是一个图片缓存的框架。相较于AFNetworking集成的UIImageView+AFNetworking.h，对于图片的缓存实际应用的是NSURLCache自带的cache机制。而NSURLCache每次都要把缓存的raw data 再转化为UIImage，就带来了数据处理和内存方面的更多操作。SDWebImage的缓存由SDImageCache类来实现，这是一个单例类，该类负责处理内存缓存及一个可选的磁盘缓存，其中磁盘缓存的写操作是异步的，这样就不会对UI操作造成影响。此外还提供了若干属性和接口来配置和操作缓存对象。包含以下功能：

1.提供UIImageView的一个分类，以支持网络图片的加载与缓存管理

2.一个异步的图片加载器

3.一个异步的内存+磁盘图片缓存

4.支持GIF图片

5.支持WebP图片

6.后台图片解压缩处理

7.确保同一个URL的图片不被下载多次

8.确保虚假的URL不会被反复加载

9.确保下载及缓存时，主线程不被阻塞

SDWebImage底层实现原理：

SDWebImage有沙盒缓存机制，主要由三块组成

1.内存图片缓存

2.内存操作缓存

3.磁盘沙盒缓存

SDWebImage的大部分工作是由缓存对象SDImageCache和异步下载器管理对象SDWebImageManager来完成的。SDWebImage的图片下载是由SDWebImageDownloader这个类来实现的，它是一个异步下载管理器，下载过程中增加了对图片加载做了优化的处理。而真正实现图片下载的是自定义的一个Operation操作，将该操作加入到下载管理器的操作队列downloadQueue中，Operation操作依赖系统提供的NSURLConnection类实现图片的下载。

SDWebImage提供了对图片缓存的支持，而该功能是由SDImageCache类来完成的。该类负责处理内存缓存及一个可选的磁盘缓存。内存缓存的处理是使用NSCache对象来实现的。NSCache是一个类似于集合的容器。它存储key-value对，这一点类似于NSDictionary类，用搜索文件系统的方式做管理，文件替换方式是以时间为单位。我们通常用使用缓存来临时存储短时间使用但创建昂贵的对象。重用这些对象可以优化性能，因为它们的值不需要重新计算。另外一方面，这些对象对于程序来说不是紧要的，在内存紧张时会被丢弃。

磁盘缓存的处理则是使用NSFileManager对象来实现的。图片存储的位置是位于Cache文件夹。另外，SDImageCache还定义了一个串行队列，来异步存储图片。

当SDWebImageManager向SDImageCache要资源时，先搜索内存层面的数据，如果有直接返回，没有的话去访问磁盘，将图片从磁盘读取出来，然后做Decoder，将图片对象放到内存层面做备份，再返回调用层。使用Decoder 是因为UIImage的imageWithData函数是每次画图的时候才将Data解压成ARGB的图像，

所以在每次画图的时候，会有一个解压操作，这样效率很低，但是只有瞬时的内存需求。

为了提高效率通过SDWebImageDecoder将包装在Data下的资源解压，然后画在另外一张图片上，这样这张新图片就不再需要重复解压了。是典型的空间换时间的做法。

SDWebImage的原理

1.使用

-(void)sd_setImageWithURL:(NSURL *)urlplaceholderImage:(UIImage *)placeholderoptions:(SDWebImageOptions)options;

会先把 placeholderImage 显示，然后 SDWebImageManager 根据 URL 开始处理图片。

2.进入 SDWebImageManage

-downloadWithURL:options:progress:completed:

交给 SDImageCache 从缓存查找图片是否已经下载。

3.先从内存图片缓存查找是否有图片，如果内存中已经有图片缓存，取缓存，没有从- (UIImage )diskImageForKey:(NSString )key去磁盘缓存中去查找，根据 URLKey 在硬盘缓存目录下尝试读取图片文件。在磁盘缓存中找到后，同时更新置内存缓存中（如果空闲内存过小，会先清空内存缓存），有回调则调用doneBlock回调。

4.找到了就从SDWebImageQueryCompletedBlock到 UIImageView+WebCache 等前端展示图片。

5.如果从硬盘缓存目录读取不到图片，说明不存在该图片，需要下载图片，共享或重新生成一个下载器 SDWebImageDownloader 开始下载图片。 图片下载由 NSURLSession 来做，实现相关 delegate 来判断图片下载中、下载完成和下载失败。

6.URLSession:didReceiveData: 中利用 ImageIO 做了按图片下载进度加载效果。数据下载完成后交给 SDWebImageDecoder 做图片解码处理。

7.图片解码处理在一个 NSOperationQueue 完成，不会拖慢主线程 UI。如果有需要对下载的图片进行二次处理，最好也在这里完成，效率会好很多。

8.在主线程 SDWebImageDownloaderCompletedBlock里处理解码完成后的操作。回调给需要的地方展示图片。

9.从SDWebImageDownloaderProgressBlock 回调给 SDWebImageManager 告知图片下载信息。

10.将图片保存到 SDImageCache 中，内存缓存和硬盘缓存同时保存。写文件到硬盘也在以单独 NSInvocationOperation 完成，避免拖慢主线程。

11.SDImageCache 在初始化的时候会注册一些消息通知，在内存警告或退到后台的时候清理内存图片缓存，应用结束的时候清理过期图片。

12.SDWebImage 也提供了 UIButton+WebCache 和 MKAnnotationView+WebCache方便使用。 SDWebImagePrefetcher 可以预先下载图片，方便后续使用。

SDWebImage 使用

常用到的对象：

1、UIImageView (WebCache)类别，入口封装，实现读取图片完成后的回调。

2、SDWebImageManager，对图片进行管理的中转站，记录那些图片正在读取。

向下层读取Cache（调用SDImageCache），或者向网络读取对象（调用SDWebImageDownloader） 。

实现SDImageCache和SDWebImageDownloader的回调。

3、SDImageCache，根据URL的MD5摘要对图片进行存储和读取（实现存在内存中或者存在硬盘上两种实现）

实现图片和内存清理工作。

4、SDWebImageDownloader，根据URL向网络读取数据（实现部分读取和全部读取后再通知回调两种方式）

5、SDWebImageDecoder，异步对图像进行了一次解压

使用：

[self.imageViewsd_setImageWithURL:self.imageURL

                      placeholderImage:nil

                              options:SDWebImageProgressiveDownload

                              progress:^(NSIntegerreceivedSize,NSIntegerexpectedSize){

                                  ...

                              }

                            completed:^(UIImage *image,NSError *error,SDImageCacheTypecacheType,NSURL *imageURL){

                                ...

                            }];

调用setImageWithURL:方法的时候，SDWebImage自动做很多事，当你需要在某一具体时刻做事情的时候，你可以覆盖这些方法。比如在下载某个图片的过程中要响应一个事件，就覆盖这个方法：

//这个方法是下载imagePath2的时候响应

SDWebImageManager *manager = [SDWebImageManagersharedManager];

 

[managerdownloadImageWithURL:imagePath2options:SDWebImageRetryFailedprogress:^(NSIntegerreceivedSize,NSIntegerexpectedSize){

 

    NSLog(@"显示当前进度");

 

}completed:^(UIImage *image,NSError *error,SDImageCacheTypecacheType,BOOLfinished,NSURL *imageURL){

 

    NSLog(@"下载完成");

}];

基本代码：

使用SDWebImageManager类：可以进行一些异步加载的工作。

SDWebImageManager *manager = [SDWebImageManagersharedManager];

UIImage *cachedImage = [managerimageWithURL:url];// 将需要缓存的图片加载进来

if(cachedImage){

  // 如果Cache命中，则直接利用缓存的图片进行有关操作

  // Use the cached image immediatly

}else{

  // 如果Cache没有命中，则去下载指定网络位置的图片，并且给出一个委托方法

  // Start an async download

[managerdownloadWithURL:urldelegate:self];

}

当然你的类要实现SDWebImageManagerDelegate协议，并且要实现协议的webImageManager:didFinishWithImage:方法。

// 当下载完成后，调用回调方法，使下载的图片显示

-(void)webImageManager:(SDWebImageManager *)imageManagerdidFinishWithImage:(UIImage *)image{

// Do something with the downloaded image

}

独立的异步图像下载

可能会单独用到异步图片下载，则一定要用downloaderWithURL:delegate:来建立一个SDWebImageDownloader实例。

downloader = [SDWebImageDownloaderdownloaderWithURL:urldelegate:self];

这样SDWebImageDownloaderDelegate协议的方法imageDownloader:didFinishWithImage:被调用时下载会立即开始并完成。

独立的异步图像缓存

SDImageCache类提供一个创建空缓存的实例，并用方法imageForKey:来寻找当前缓存。

UIImage *myCachedImage = [[SDImageCachesharedImageCache]imageFromKey:myCacheKey];

存储一个图像到缓存是使用方法storeImage: forKey:

[[SDImageCachesharedImageCache]storeImage:myImageforKey:myCacheKey];

默认情况下，图像将被存储在内存缓存和磁盘缓存中。如果仅仅是想内存缓存中，要使用storeImage:forKey:toDisk:方法的第三个参数带一负值

来替代。

SDWebImage 源码分析示例

SDWebImageDownloader类

SDWebImageDownloaderOptions定义：

typedefNS_OPTIONS(NSUInteger,SDWebImageDownloaderOptions){

SDWebImageDownloaderLowPriority = 1

下载顺序：

typedefNS_ENUM(NSInteger,SDWebImageDownloaderExecutionOrder){

// 以队列的方式，按照先进先出的顺序下载。这是默认的下载顺序

SDWebImageDownloaderFIFOExecutionOrder,

// 以栈的方式，按照后进先出的顺序下载。

SDWebImageDownloaderLIFOExecutionOrder

};

每个下载操作都定义了回调操作，如下载进度回调，下载完成回调，头部过滤等，这些回调操作是以block形式来呈现；每个下载操作的下载进度回调和下载完成回调，这两个回调稍后将保存在下载管理器的URLCallbacks字典中，key为URL，value为一个数组，数组里面又存放一个保存了下载进度回调和完成回调代码块的字典。这个字典数组同时也保证了同一张图片只会被下载一次。

// 下载进度

typedefvoid(^SDWebImageDownloaderProgressBlock)(NSIntegerreceivedSize,NSIntegerexpectedSize);

// 下载完成

typedefvoid(^SDWebImageDownloaderCompletedBlock)(UIImage *image,NSData *data,NSError *error,BOOLfinished);

// Header过滤

typedefNSDictionary *(^SDWebImageDownloaderHeadersFilterBlock)(NSURL *url,NSDictionary *headers);

为了保证URLCallbacks操作(添加、删除)的线程安全性，SDWebImageDownloader将这些操作作为一个个任务放到barrierQueue队列中，并设置屏障来确保同一时间只有一个线程操作URLCallbacks属性。

-(void)addProgressCallback:(SDWebImageDownloaderProgressBlock)progressBlockandCompletedBlock:(SDWebImageDownloaderCompletedBlock)completedBlockforURL:(NSURL *)urlcreateCallback:(SDWebImageNoParamsBlock)createCallback{

...

// 1. 以dispatch_barrier_sync操作来保证同一时间只有一个线程能对URLCallbacks进行操作

dispatch_barrier_sync(self.barrierQueue, ^{

...

// 2. 处理同一URL的同步下载请求的单个下载

});

}

下载请求的管理都是放在downloadImageWithURL:options:progress:completed:方法里面来处理的，该方法调用了上面所提到的addProgressCallback:andCompletedBlock:forURL:createCallback:方法来将请求的信息存入管理器中，同时在创建回调的block中创建新的操作，配置之后将其放入downloadQueue操作队列中，最后方法返回新创建的操作。

-(id)downloadImageWithURL:(NSURL *)urloptions:(SDWebImageDownloaderOptions)optionsprogress:(SDWebImageDownloaderProgressBlock)progressBlockcompleted:(SDWebImageDownloaderCompletedBlock)completedBlock{

...

[selfaddProgressCallback:progressBlockandCompletedBlock:completedBlockforURL:urlcreateCallback:^{

...

}

下载操作的超时时间可以通过downloadTimeout属性来设置，默认值为15秒。

SDWebImage定义了一个协议，即 SDWebImageOperation 作为图片下载操作的基础协议。它只声明了一个cancel方法，用于取消操作。每个图片的下载都是一个Operation操作。SDWebImage自定义了一个Operation类，即 SDWebImageDownloaderOperation ，它继承自NSOperation，并采用了SDWebImageOperation协议。除了继承而来的方法，该类只向外暴露了一个方法，initWithRequest:options:progress:completed:cancelled:。对于图片的下载，SDWebImageDownloaderOperation完全依赖于URL加载系统中的NSURLSession。具体看代码源码分析.（https://github.com/dangdangfeng/SDWebImage-Source-Analyse）

-(void)URLSession:(NSURLSession *)sessiondataTask:(NSURLSessionDataTask *)dataTaskdidReceiveData:(NSData *)data

方法的主要任务是接收数据。每次接收到数据时，都会用现有的数据创建一个CGImageSourceRef对象以做处理。在首次获取到数据时(width+height==0)会从这些包含图像信息的数据中取出图像的长、宽、方向等信息以备使用。而后在图片下载完成之前，会使用CGImageSourceRef对象创建一个图片对象，经过缩放、解压缩操作后生成一个UIImage对象供完成回调使用。当然，在这个方法中还需要处理的就是进度信息。如果我们有设置进度回调的话，就调用这个进度回调以处理当前图片的下载进度。

缩放操作可以查看SDWebImageCompat文件中的SDScaledImageForKey函数；解压缩操作可以查看SDWebImageDecoder文件+decodedImageWithImage方法。在下载完成或下载失败后，需要停止当前线程的run loop，清除连接，并抛出下载停止的通知。如果下载成功，则会处理完整的图片数据，对其进行适当的缩放与解压缩操作，以提供给完成回调使用。

最重要是自己分析，看过的会忘，消化了才是自己的。学而不思则罔,思而不学则殆。每个人要了解自己的优缺点。有思考才有所得！

一些思考

我们应该把精力和时间投入在更值得学习的东西上。如果纯看代码而没有碰到这个场景就算看懂了也没法理解，学习的目的是为了实践，而不要为了原理而分析原理，这样就本末倒置了。对于广大程序员而言，做码农，通过低水平重复的劳动来创造价值的道路是永远不可能一劳永逸的，恰恰相反，是永劳一逸的！生产只能够惠及当下！事物的发展在于思考，可能每个人走的路径不一样，寻找到最适合自己的，坚持走下去。只要能肯定每天都是进步的，快慢又有什么关系呢。这是一个浮躁的社会，这个社会催生了无数可能，也许不是每个人都能做一辈子的程序员，但不要辜负你的时光。你之所以成为你，是因为你的时间，你的经历在哪里，你就在哪里。共勉！