剖析Picasso中的内存缓存机制——LruCache

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众所周知，Picasso是一个优秀的Android图片加载库。本篇并不讨论picasso的使用，而是来谈一谈picasso的缓存机制。
我们知道，目前主流的图片解决方案大部分都是三级缓存，即内存缓存、本地缓存和服务器缓存。这其中内存和本地缓存是在客户端实现的，picasso中也使用了这种方案。
Picasso的本地缓存我们在另外的篇幅中来谈，今天我们重点谈谈picasso的内存缓存。
在picasso源码下我们可以看到一个类——LruCache，这就是今天的主角，picasso的内存缓存就在这里实现的。

那么，为什么叫LruCache？
LRU是一种内存管理算法，是Least Recently Used的缩写。该算法的详细解释大家可以自行查阅。简单来说就是一个有序的集合，新添加的数据处于顶部，同时如果某个数据被访问，那么这个数据会被移至顶部；而当淘汰数据时，会从底部进行淘汰。如图：
[图片上传失败...(image-b78c49-1514341148991)]
这个算法的核心思想是，如果一个数据近期被访问，那么被再次访问的可能性会远高于那些很久未被访问的数据，所以优先淘汰那些很久未被访问的数据。

了解了LRU算法，我们回过头再来看LruCache是如何实现这个思想的呢？
在LruCache源码中我们可以看到使用的是一个LinkedHashMap来进行数据存储的。LinkedHashMap是HashMap的子类，不同于HashMap之处在于它同时实现了双向链表，保证了数据的插入顺序，所以实际上最新插入的数据处于链表的尾部。而且LinkedHashMap可以用来实现LRU算法。怎么实现？我们来看看LruCache的构造函数

public LruCache(int maxSize) {
  if (maxSize <= 0) {
    throw new IllegalArgumentException("Max size must be positive.");
  }
  this.maxSize = maxSize;
  this.map = new LinkedHashMap(0, 0.75f, true);
}

可以看到初始化LinkedHashMap时使用三个参数的构造函数
public LinkedHashMap(int initialCapacity, float loadFactor, boolean accessOrder)
重点在accessOrder这个参数，当为false表示按插入顺序，当为true表示按访问顺序。LinkedHashMap内部通过重写get函数和内部类Entry的recordAccess方法来实现这部分逻辑，代码如下：

    public V get(Object key) {  
        Entry e = (Entry)getEntry(key);  
        if (e == null)  
            return null;  
        e.recordAccess(this);  
        return e.value;  
    }  

        void recordAccess(HashMap m) {  
            LinkedHashMap lm = (LinkedHashMap)m;  
            if (lm.accessOrder) {  
                lm.modCount++;  
                remove();  
                addBefore(lm.header);  
            }  
        }

可以看到如果调用get方法就会调用recordAccess方法。而在recordAccess中如果accessOrder为true，会从集合中将这个元素remove并插入到链表尾部。而且注意在HashMap的put方法中，当插入的元素已经存在，也同样会调用recordAccess方法，源码如下：

public V put(K key, V value) {  
  if (key == null)  
    return putForNullKey(value);  
  int hash = hash(key.hashCode());  
  int i = indexFor(hash, table.length);  
  for (Entry e = table[i]; e != null; e = e.next) {  
    Object k;  
    if (e.hash == hash && ((k = e.key) == key || key.equals(k))) {  
      V oldValue = e.value;  
      e.value = value;  
      e.recordAccess(this);  
      return oldValue;  
    }  
  }  
  modCount++;  
  //将key-value添加到table[i]处  
  addEntry(hash, key, value, i);  
  return null;  
}  

以上已经实现了访问排序，那么淘汰机制又是如何的呢？
在Picasso中使用了一个阀值来限制缓存的整体大小，在上面的构造函数中我们可以看到maxSize这个参数，这个就是缓存的最大阀值。如果我们没有自己定义这个阀值，那么picasso会使用一个默认大小，我们来看看LruCache的另外一个构造函数：

public LruCache(Context context) {
  this(Utils.calculateMemoryCacheSize(context));
}

可以看到是通过Utils的相关函数计算出的默认阀值，通过源码我们来看看具体怎么得到的

static int calculateMemoryCacheSize(Context context) {
  ActivityManager am = getService(context, ACTIVITY_SERVICE);
  boolean largeHeap = (context.getApplicationInfo().flags & FLAG_LARGE_HEAP) != 0;
  int memoryClass = am.getMemoryClass();
  if (largeHeap && SDK_INT >= HONEYCOMB) {
    memoryClass = ActivityManagerHoneycomb.getLargeMemoryClass(am);
  }
  // Target ~15% of the available heap.
  return 1024 * 1024 * memoryClass / 7;
}

其中memoryClass是单个应用的最大内存限制，这个数值在不同的设备上是不一样的。
注意可以看到在HONEYCOME以上版本使用了不同的函数：getMemoryClass获取的是系统为应用分配的内存，不包含额外的补充；但是我们可以在manifest中将LargeHeap设为true来获取最大内存，而getLargeMemoryClass获取的就是这个补充后的内存大小。本篇就不详细展开了。
memoryClass的单位是MB，所以最后返回的阀值是应用最大内存的1/7，也就是说picasso的内存缓存最大会占用应用最大内存的15%左右。所以它不是一个固定值，而且因设备不同而不同的。

那么如何使用这个阀值来保证缓存空间大小的呢？我们来看看LruCache的set函数：

@Override public void set(String key, Bitmap bitmap) {
  if (key == null || bitmap == null) {
    throw new NullPointerException("key == null || bitmap == null");
  }

  Bitmap previous;
  synchronized (this) {
    putCount++;
    size += Utils.getBitmapBytes(bitmap);
    previous = map.put(key, bitmap);
    if (previous != null) {
      size -= Utils.getBitmapBytes(previous);
    }
  }

  trimToSize(maxSize);
}

可以看到当set一个数据时，会增加缓存的当前大小，通过Utils.getBitmapBytes函数来获取图片大小并加至size参数上。
这里可以注意到，如果是已经存在的元素，则增加大小后还需要减去旧图片的大小，保证size的正确性。
最后会调用trimToSize函数，这个函数源码如下：

private void trimToSize(int maxSize) {
  while (true) {
    String key;
    Bitmap value;
    synchronized (this) {
      if (size < 0 || (map.isEmpty() && size != 0)) {
        throw new IllegalStateException(
            getClass().getName() + ".sizeOf() is reporting inconsistent results!");
      }

      if (size <= maxSize || map.isEmpty()) {
        break;
      }

      Map.Entry toEvict = map.entrySet().iterator().next();
      key = toEvict.getKey();
      value = toEvict.getValue();
      map.remove(key);
      size -= Utils.getBitmapBytes(value);
      evictionCount++;
    }
  }
}

当缓存大小超过阀值，开始从头遍历map，清除图片缓存并改变缓存大小，直到缓存大小不再超过阀值。
因为在map中尾部的数据是最新的，而头部是最久未访问的，这样便实现了淘汰机制。

综上，我们剖析了picasso的内存缓存机制，它是在LinkedHashMap的基础上实现了LRU算法来进行内存管理，并且根据系统默认了一个合理的阀值，当缓存过大时会先清除久未使用的缓存。这样既加速了图片的加载，同时也保证了不过分消耗应用的内存。

这里要提一下Facebook开源的Fresco，同样作为图片加载解决方案，但是fresco使用了另外一种内存缓存——匿名共享内存。匿名共享内存实际上是在c/c++层创建使用的，所以不受Android虚拟机的内存限制，同时也不占用应用的最大内存。由于不少本篇内容，就简单介绍一下，有时间我会专门整理一篇文章来细说。

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