Android网络图片加载详解之"三级缓存"

三级缓存概览引入

• 我最近做的一个新闻类的项目中，用到了Picasso框架来加载网络图片. 优点是不但可以节约用户的使用流量，而且减少了内存的使用.

• Picasso是如何对图片进行维护的呢？
  其实Picasso就是对图片做了个缓存，而且是三级缓存.

• 原理是: 当从网络中加载图片之后，本地一般会缓存一份, 下次再加载同一个图片时，直接从本地缓存中取出就可以了.

• 三级缓存概念图
  

原理详解

一级缓存：内存缓存

当加载网络图片时，首先会从内存缓存中，查找图片：
有：直接显示图片
没有：从二级缓存中查找图片

二级缓存：磁盘缓存

当一级缓存中没有目标图片时，从二级缓存中查找图片 :
有：先保存内存缓存中，然后显示图片.
没有：从三级缓存中获取图片.

三级缓存：网络缓存

当二级缓存中也没有目标图片时，从网络缓存中查找图片 :
有，先变为磁盘缓存，再变为内存缓存, 最后显示图片.
没有，先网络获取图片，然后磁盘缓存，内存缓存，显示图片

三级缓存的原理就是这么个套路,接下来我来通过代码实现一个相同功能的缓存框架, 以便于理解

三级缓存的实现

1) 网络缓存

要实现网络缓存，这里面一定涉及到异步加载网络图片。
异步加载网络图片常见的有两种形式：
第一种形式就是Thread + handler机制，来完成，
第二种形式就是android的SDK提供的异步工具类，AsyncTask来实现。

这里我们选择AsyncTask来异步加载图片，因为它内部维护了线程池，可以实现并发的加载图片.

• 创建【NetCacheUtils】类, 具体代码如下:

package com.yashiro.demo.utils.bitmap;import android.content.Context;import android.graphics.Bitmap;import android.graphics.BitmapFactory;import android.os.AsyncTask;import android.widget.ImageView;import com.yashiro.demo.utils.MyLogger;import java.io.IOException;import java.io.InputStream;import java.net.HttpURLConnection;import java.net.URL;/** * Created by YEXU on 2017/2/12. *  三级缓存之: 网络缓存 */public class NetCacheUtils {    private static final String TAG = "NetCacheUtils";    private Context context;    //从网络获取图片    public void getBitmapFromNet(Context context, ImageView iv, String url){        this.context = context;        //让ImageView和url关联起来: 解决图片错位的bug        iv.setTag(url);        // 创建内部类 BitmapTask 去实现异步加载网络图片        new BitmapTask().execute(iv,url);    }    //异步任务    class BitmapTask extends AsyncTask<Object,Void,Bitmap> {    // 定义放图片的容器和网络链接        private ImageView iv;        private String url;        @Override        protected Bitmap doInBackground(Object... params) {            //获取参数            iv = (ImageView) params[0];            url = (String) params[1];            //下载图片: 抽取下载图片的方法downloadBitmap()            Bitmap bitmap = downloadBitmap(url);            // MyLogger是一个自定义的日志工具类(附件会提供)            MyLogger.i(TAG,"从网络上加载了图片");            //将加载的网络图片缓存到磁盘和内存中:            // 先缓存到磁盘(LocalCacheUtils后面会实现)        LocalCacheUtils.saveCache(context,bitmap,url);            // 再缓存到内存中(MemoryCacheUtils后面会实现)            MemoryCacheUtils.saveCache(bitmap,url);            return bitmap;        }        @Override        protected void onPostExecute(Bitmap bitmap) {            super.onPostExecute(bitmap);            //获取ImageView对应的url            String url = (String) iv.getTag();            // 只有是同一张图片时才显示,防止图片错位            if(bitmap != null && this.url.equals(url)){                iv.setImageBitmap(bitmap);            }        }    }    //下载图片的方法(利用IO流)    private Bitmap downloadBitmap(String url) {        Bitmap bitmap = null;        HttpURLConnection conn = null;        try {            conn = (HttpURLConnection) new URL(url).openConnection();            conn.setRequestMethod("GET");            conn.setConnectTimeout(3000);            conn.setReadTimeout(6000);            conn.connect();            int responseCode = conn.getResponseCode();            if(responseCode == 200){                InputStream inputStream = conn.getInputStream();                //把流转换成Bitmap对象                bitmap = BitmapFactory.decodeStream(inputStream);                return bitmap;            }        } catch (IOException e) {            e.printStackTrace();        }finally {            if(conn != null){                conn.disconnect();            }        }        return bitmap;    }}

小结:

定义异步任务，并实现两个方法:
doInBackground:执行在子线程中的方法，作用：网络加载图片
onPostExecute：执行在UI线程中的方法，作用：更新UI，显示图片
定义网络加载图片：该逻辑执行在doInBackground方法中。
绑定UI，显示图片：该逻辑执行在onPostExecute方法中。

备注:

AsyncTask 定义的三种泛型类型 参数：Params，Progress 和 Result的解释

Params： 启动任务执行的输入参数， 比如HTTP 请求的 URL。
Progress： 后台任务执行的百分比。
Result： 后台执行任务最终返回的结果，比如String。

2) 磁盘缓存

接下来实现磁盘缓存:
* 磁盘缓存包含两部内容：
1)写磁盘：
如何将一个bitmap写入到磁盘中?
可以通过bitmap.compress(Bitmap.CompressFormat.JPEG,100,stream);
2)读磁盘
可以通过BitmapFactory.decodeFile(file.getAbsolutePath());读数据

• 创建【LocalCacheUtils.java】工具类,具体代码如下:

package com.yashiro.demo.utils.bitmap;import android.content.Context;import android.graphics.Bitmap;import android.graphics.BitmapFactory;import com.yashiro.demo.utils.Md5Utils;import java.io.File;import java.io.FileNotFoundException;import java.io.FileOutputStream;/** * Created by YEXU on 2017/2/12. * 磁盘缓存（数据存放在本应用程序的cache目录下的Local_cache目录） */public class LocalCacheUtils {    //写缓存    public static void saveCache(Context context, Bitmap bitmap, String url){        //缓存目录        File dir = new File(context.getCacheDir(),"local_cache");        if(!dir.exists()){            dir.mkdirs();        }        //把图片缓存在缓存目录        // 此处的Md5Utils是一个生成md5文件的工具类(附件会提供)        File file = new File(dir, Md5Utils.encode(url));        FileOutputStream stream = null;        try {            stream = new FileOutputStream(file);        } catch (FileNotFoundException e) {            e.printStackTrace();        }        // 核心代码        bitmap.compress(Bitmap.CompressFormat.JPEG,100,stream);    }    //读缓存    public static Bitmap readCache(Context context,String url){        File dir = new File(context.getCacheDir(),"local_cache");        if(!dir.exists()){            return null;        }        File file = new File(dir, Md5Utils.encode(url));        if(!file.exists()){            return null;        }        // 核心代码        Bitmap bitmap = BitmapFactory.decodeFile(file.getAbsolutePath());        //重要操作: 把数据缓存在内存中        // MemoryCacheUtils马上讲到        MemoryCacheUtils.saveCache(bitmap,url);        return bitmap;    }}

小结 :

• 借助md5工具类将图片url转化为图片名称,通过IO流将数据写到磁盘中.
• 通过url获取图片名称,从磁盘中读取数据使用

3) 内存缓存

接下来我们实现内存缓存, 内存缓存同样也包含两部分内容：
1)写入内存：
可以通过HashMap，把对应的数据进行保存
Key：对应的url
Value：对应的bitmap
2) 从内存读
从HashMap中取，
通过key取出对应bitmap

• 创建【MemoryCacheUtils】工具类 , 具体代码如下:

package com.yashiro.demo.utils.bitmap;import android.graphics.Bitmap;import android.util.LruCache;/** * Created by YEXU on 2017/2/12. * 内存缓存：通过HashMap来进行数据的存储 */public class MemoryCacheUtils {    static {        //caches = new HashMap<>();        //Android虚拟机的内存只有16M,易产生OOM异常（内存溢出）        //java语言提供了另外一种机制：软引用、弱引用、虚引用        //软引用：当虚拟机内存不足的时候，回收软引用的对象        //弱引用:当对象没有应用的时候，马上回收        //虚引用 ：任何情况下都可能回收        //java默认的数据类型是强引用类型        //caches = new HashMap<>();        //因为从 Android 2.3 (API Level 9)开始，        //垃圾回收器会更倾向于回收持有软引用或弱引用的对象，        //这让软引用和弱引用变得不再可靠。        //google官方推荐我们使用这样一种缓存机制：LruCache.        //LruCache lru:least recently used 最近最少使用的算法        //A        //B        //C(最近使用的最少   优先被回收)        //B        //A        long maxMemory = Runtime.getRuntime().maxMemory();//获取Dalvik 虚拟机最大的内存大小：16    // 2. 指定内存缓存集合的大小    lruCache = new LruCache<String,Bitmap>((int) (maxMemory/8)){             //3.获取每张图片的大小            @Override            protected int sizeOf(String key, Bitmap value) {                return value.getRowBytes()*value.getHeight();            }        };    }    // 1. 创建LruCache对象    private static LruCache<String, Bitmap> lruCache;    //private static HashMap<String, SoftReference<Bitmap>> caches;    //private static HashMap<String, Bitmap> caches;    //写缓存    public static void saveCache(Bitmap bitmap,String url){    //caches.put(url,bitmap);    //SoftReference<Bitmap> soft = new SoftReference<Bitmap>(bitmap);    //caches.put(url,soft);    // 4. 使用put()方法缓存对象        lruCache.put(url,bitmap);    }    //读缓存    public static Bitmap readCache(String url){        //Bitmap bitmap = caches.get(url);    //SoftReference<Bitmap> soft = caches.get(url);    //if(soft != null){    //Bitmap bitmap = soft.get();    //return bitmap;    //}    // 5. 使用get()方法取出对象        return lruCache.get(url);    }}

小结 :

1) 刚开始我是通过一个HashMap来缓存数据的，当缓存大量的图片时，就会导致应用程序出现内存溢出OOM的情况。属于强引用状态.
2) 为了解决这样的问题，我将缓存的bitmap对象，由原来的强引用状态变为软引用状态。当内存不足时，回收软用的bitmap对象。
3) 我们通过软引用方式，来解决内存溢出的情况，是可以的！但是代码中我有提到,随着android系统的升级和更新，垃圾回收器会更倾向于回收持有软引用或弱引用的对象. 因此，持有软引用对象变得不太可靠了。
4) 最后确定的是google官方推荐我们使用这样一种缓存机制：LruCache

什么是LruCache??

• 使用最近最少算法机制。来缓存每个对象的。
• 把近期最少使用的数据从缓存中移除，保留使用最频繁的数据
• LruCache内存维护一个LinkedHashMap，来维护每个缓存对象
• 从LruCache取出对象，它会把当前使用的对象进行移动到LinkedHashMap尾端
• 如果添加一个缓存对象，LruCache会把当前对象也放在LinkedHashMap尾端
• 在LinkedHashMap的顶端就是最近最少使用的缓存对象。也就是被移除的对象了。

LruCache使用:
* 构建LruCache对象，同时指定内存缓存大小
* 重写内部的sizeOf方法，计算每个图片的大小
* 使用LruCache的put方法缓存对象
* 使用LruCache的get方法取出对象

最终用于使用的 三级缓存框架 搭建

结合上面创建的三个工具类, 实现类似Picasso功能的框架:

• 创建【BitmapUtils】类, 具体代码如下:

package com.yashiro.demo.utils.bitmap;import android.content.Context;import android.graphics.Bitmap;import android.widget.ImageView;import com.yashiro.demo.utils.MyLogger;/** * Created by Administrator on 2017/2/9. * 图片三级缓存框架 */public class BitmapUtils {    private static final String TAG = "BitmapUtils";    static{        netCacheUtils = new NetCacheUtils();        localCacheUtils = new LocalCacheUtils();        memoryCacheUtils = new MemoryCacheUtils();    }    private static NetCacheUtils netCacheUtils;    private static LocalCacheUtils localCacheUtils;    private static MemoryCacheUtils memoryCacheUtils;    //显示图片    public static void display(Context context, ImageView iv, String url){        Bitmap bitmap = null;        //内存缓存        bitmap = memoryCacheUtils.readCache(url);        if(bitmap != null){            iv.setImageBitmap(bitmap);            MyLogger.i(TAG,"从内存获取了图片");            return;        }        //磁盘缓存        bitmap = localCacheUtils.readCache(context, url);        if(bitmap != null){            iv.setImageBitmap(bitmap);            MyLogger.i(TAG,"从磁盘获取了图片");            return;        }        //网络缓存        netCacheUtils.getBitmapFromNet(context,iv,url);    }}

小结 :

此处只提供了一个显示网络图片的方法 display(), 只需要传入一下三个参数即可:
Context context : 上下文
ImageView iv: 存放图片的容器
String url: 图片的网络链接

附件:

文中用到的几个自定义工具类分享:

1) MyLogger 日志工具类:

package com.yashiro.demo.utils;import android.util.Log;/** * 日志工具类 * @author YEXU * */public final class MyLogger {    //开关    //true 测试                 false  上线    private final static boolean flag = true;    public static void v(String tag,String msg){        if(flag){            Log.v(tag, msg);        }    }    public static void d(String tag,String msg){        if(flag){            Log.d(tag, msg);        }    }    public static void i(String tag,String msg){        if(flag){            Log.i(tag, msg);        }    }    public static void w(String tag,String msg){        if(flag){            Log.w(tag, msg);        }    }    public static void e(String tag,String msg){        if(flag){            Log.e(tag, msg);        }    }}

2) Md5Utils 生成md5文件工具类

package com.yashiro.demo.utils;import java.security.MessageDigest;import java.security.NoSuchAlgorithmException;public class Md5Utils {    public static String encode(String password){        try {            MessageDigest digest = MessageDigest.getInstance("MD5");            byte[] result = digest.digest(password.getBytes());            StringBuffer sb = new StringBuffer();            for(byte b : result){                int number = (int)(b & 0xff) ;                String str = Integer.toHexString(number);                if(str.length()==1){                    sb.append("0");                }                sb.append(str);            }            return sb.toString();        } catch (NoSuchAlgorithmException e) {            e.printStackTrace();            //can't reach            return "";        }    }}

完~~~