iOS系统中缓存的使用

原文发布于：wenghengcong.com

NSCache

NSCache是系统提供的缓存类，用法类似于NSMutableDictionary，它与集合的不同如下：

1. NSCache具有自动移除对象的功能，以减少系统占用的内存；

2. NSCache是线程安全的；

3. 键对象不会像 NSMutableDictionary 中那样被复制。（键不需要实现 NSCopying 协议）。

NSCache胜过NSMutableDictionary之处在于，当系统资源将要耗尽时，它可以自动删减缓存。如果采用普通字典对象，那么就要自己编写挂钩，在系统发出“低内存”通知时，手工删减缓存。而NSCache会自动删减“最久未使用的”（lease recently used）对象。

NSCache并不会“拷贝”键，而是“保留”它。

NSCache是线程安全的，而NSDictionary不是。对缓存来说，线程安全通常很重要，因为开发者要在某个线程中读数据，此时如果发现缓存中找不到指定的键，那么就要下载该键对应的数据了。而下载完数据之后所要执行的回调函数，有可能会放在背景线程中运行，这样的话，就等于是用另外一个线程来写入缓存了。

NSCache类

下面是该类的头文件：

    @interface NSCache  : NSObject {
    @private
    id delegate;
    void private[5];
    void reserved;
    }

    @property (copy) NSString name;

    @property (nullable, assign) id delegate;

    -(nullable ObjectType)objectForKey:(KeyType)key;
    -(void)setObject:(ObjectType)obj forKey:(KeyType)key; // 0 cost
    -(void)setObject:(ObjectType)obj forKey:(KeyType)key cost:(NSUInteger)g;
    -(void)removeObjectForKey:(KeyType)key;

    (void)removeAllObjects;

    @property NSUInteger totalCostLimit;    // limits are imprecise/not strict
    @property NSUInteger countLimit;    // limits are imprecise/not strict
    @property BOOL evictsObjectsWithDiscardedContent;

    @end

    @protocol NSCacheDelegate 
    @optional
    -(void)cache:(NSCache )cache willEvictObject:(id)obj;
    @end

需要说明的是，关于删减对象的时机，可以通过totalCostLimit和countLimit来控制，即“总开销”和“缓存对象总数”。当超过指定的上限后，那么久“可能”删减某对象。之所以，是“可能”，是因为缓存系统并不严格精确，在上限的数值上有小范围的浮动。

在设置缓存对象的下面方法中，还需要关注对象的“开销值”（cost）:

-(void)setObject:(ObjectType)obj forKey:(KeyType)key cost:(NSUInteger)g;

那么，如何决定这个开销值呢？

只有在很快能计算出“开销值”的情况下，才应该考虑采用这个尺度。否则直接调用：

-(void)setObject:(ObjectType)obj forKey:(KeyType)key; // 0 cost

因为加入计算开销值的过程复杂，就违背了使用缓存的初衷——快速定位对象，比如，要从磁盘中读取文件大小，那么这个开销就过大，不应该计算器开销值。但是加入缓存对象是NSData对象，可以直接获取其数据大小，将其数据大小当做开销值也是可以的。

下面是个实例：

#import "JSNetworkFetcher.h"
@interface JSNetworkFetcher()
{
    struct {
        unsigned int didReceiveData                 :1;
        unsigned int didFailedWithError             :1;
        unsigned int didUpdateProgressTo            :1;
    } _delegateFlags;
    NSURL *_url;
    NSCache *_cache;
    
}

@end

@implementation JSNetworkFetcher

/**
 *  在设置代理的时候检查方法可达性，并缓存起来
 */
- (void)setDelegate:(id)delegate
{
    _delegate = delegate;
    _delegateFlags.didReceiveData = [delegate respondsToSelector:@selector(networkFetcher:didReceiveData:)];
    _delegateFlags.didFailedWithError = [delegate respondsToSelector:@selector(networkFetcher:didFailerWithError:)];
    _delegateFlags.didUpdateProgressTo = [delegate respondsToSelector:@selector(networkFetcher:didUpdateProgerssTo:)];
}

- (instancetype)init {
    
    if (self == [super init]) {
        _cache = [NSCache new];
        
        _cache.countLimit = 100;    //限制缓存对象在100个
        _cache.totalCostLimit = 5*1024*1024;    //限制所有缓存对象大小不超过5MB
    }
    return self;
}

- (instancetype)initWithUrl:(NSURL*)url {
    
    self = [self init];
    _url = url;
    return self;
}

- (void)downloadDataFromUrl:(NSURL *)url {
    NSData *cacheData = [_cache objectForKey:url];
    if (cacheData) {
        //命中缓存
        [self userData:cacheData];
    } else {
        JSNetworkFetcher *fetcher = [[JSNetworkFetcher alloc]initWithUrl:url];
        [fetcher startWithCompletionHandle:^(NSData *data) {
            [_cache setObject:data forKey:url cost:data.length];
            [self userData:data];
        }];
    }
    
}

//使用数据
- (void)userData:(NSData *)data {
    
}

- (void)startWithCompletionHandle:( void (^)(NSData* data) )completion {
    
}

@end

NSCache类声明中还有一个evictsObjectsWithDiscardedContent的属性。该属性为了搭配NSPurgeableData对象而添加的。

NSPurgeableData是NSMutableData的子类，实现了NSDiscardableContent协议。该协议声明如下：

@protocol NSDiscardableContent
@required
- (BOOL)beginContentAccess;
- (void)endContentAccess;
- (void)discardContentIfPossible;
- (BOOL)isContentDiscarded;
@end

如果某个对象实现了该协议所定义的接口，该对象所占的内存就可以根据需要随时丢弃。而NSPurgeableData实现了该协议就意味着，当系统资源紧张时，可以把保存NSPurgeableData对象那块内存释放掉。

如果需要访问NSPurgeableData对象，调用其beginContentAccess方法，告诉它现在还不应该丢弃自己所占有的内存。用完之后，调用endContentAccess方法，告诉它在必要时可以丢弃自己所占据的内存。这就像retain和release类似来管理，只有当NSPurgeableData中purge引用计数为0时才可以丢弃。purge引用计数，会在创建时加1，非常像真正的引用计数管理规则。

isContentDiscarded是查询对象内存是否被释放。

那么，NSPurgeableData对象假如加入到NSCache中，那么当该对象被系统丢弃时，也会自动从缓存中移除。而上面提到的NSCache中的evictsObjectsWithDiscardedContent属性，就是是否要开启这个功能的开关。

- (void)downloadDataFromUrl:(NSURL *)url {
    NSPurgeableData *cacheData = [_cache objectForKey:url];
    if (cacheData) {
        
        //开始使用
        [cacheData beginContentAccess];     //purge count +1
        
        //cacheData处理
        [self userData:cacheData];
        
        //使用完毕
        [cacheData endContentAccess];       //purge count -1
        
    } else {
        JSNetworkFetcher *fetcher = [[JSNetworkFetcher alloc]initWithUrl:url];
        [fetcher startWithCompletionHandle:^(NSData *data) {
            
            NSPurgeableData *purgeData = [NSPurgeableData dataWithData:data];       //purge count = 1
            
            [_cache setObject:purgeData forKey:url cost:purgeData.length];
            
            //cacheData处理，此处不需要beginContentAccess，因为创建会+1
            [self userData:data];
            
            //使用完毕
            [purgeData endContentAccess];
        }];
    }
    
}

经验总结

• 实现自动缓存是应选用NSCache而非NSDictionary对象，因为NSCache可以提供优雅的自动删减功能，而且是“线程安全的”，此外，它与字典不同，并不会拷贝键；

• 可以给NSCache设置上限，用以限制缓存中的对象总个数及“总成本”，而这些尺度定义了缓存删减其中对象的时机，但是绝对不要把这些尺度当初可靠的“硬限制”。它们仅仅对NSCache起指导作用；

• 将NSPureableData与NSCache搭配使用，可实现自动清除数据的功能，也就是说，当NSPureableData对象所占内存为系统所丢弃是，该对象那自身也会从缓存中移除；

• 如果缓存使用得当，那么应用程序的响应就能提升。只有那种“重新计算起来很费事”的数据，才值得放入缓存，比如那些需要从网络获取或从磁盘读取的数据；

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实例

• SDWebImage
• AFNetWorking
  ...

参考

1. NSCache
2. NSCache from nshipster
3. 第50条：构建缓存时选用NSCache而非NSDictionary