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 {
// 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((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 lruCache;
//private static HashMap> caches;
//private static HashMap caches;
//写缓存
public static void saveCache(Bitmap bitmap,String url){
//caches.put(url,bitmap);
//SoftReference soft = new SoftReference(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 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 "";
}
}
}