iOS面试题：SDWebImage原理

SDWebImage

一个为UIImageView提供一个分类来支持远程服务器图片加载的库。

功能简介：

      1、一个添加了web图片加载和缓存管理的UIImageView分类
      2、一个异步图片下载器
      3、一个异步的内存加磁盘综合存储图片并且自动处理过期图片
      4、支持动态gif图
      5、支持webP格式的图片
      6、后台图片解压处理
      7、确保同样的图片url不会下载多次
      8、确保伪造的图片url不会重复尝试下载
      9、确保主线程不会阻塞

工作流程

1、入口 setImageWithURL:placeholderImage:options: 会先把 placeholderImage 显示，然后 SDWebImageManager 根据 URL 开始处理图片。

2、进入 SDWebImageManager-downloadWithURL:delegate:options:userInfo:，交给 SDImageCache 从缓存查找图片是否已经下载 queryDiskCacheForKey:delegate:userInfo:.

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，SDImageCacheDelegate 回调 imageCache:didFindImage:forKey:userInfo: 到 SDWebImageManager。

4、SDWebImageManagerDelegate 回调 webImageManager:didFinishWithImage: 到 UIImageView+WebCache 等前端展示图片。

5、如果内存缓存中没有，生成 NSInvocationOperation 添加到队列开始从硬盘查找图片是否已经缓存。

6、根据 URLKey 在硬盘缓存目录下尝试读取图片文件。这一步是在 NSOperation 进行的操作，所以回主线程进行结果回调 notifyDelegate:。

7、如果上一操作从硬盘读取到了图片，将图片添加到内存缓存中（如果空闲内存过小，会先清空内存缓存）。SDImageCacheDelegate 回调 imageCache:didFindImage:forKey:userInfo:。进而回调展示图片。

8、如果从硬盘缓存目录读取不到图片，说明所有缓存都不存在该图片，需要下载图片，回调 imageCache:didNotFindImageForKey:userInfo:。

9、共享或重新生成一个下载器 SDWebImageDownloader 开始下载图片。

10、图片下载由 NSURLConnection 来做，实现相关 delegate 来判断图片下载中、下载完成和下载失败。

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

12、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。

13、在主线程 notifyDelegateOnMainThreadWithInfo: 宣告解码完成，imageDecoder:didFinishDecodingImage:userInfo: 回调给 SDWebImageDownloader。imageDownloader:didFinishWithImage: 回调给 SDWebImageManager 告知图片下载完成。

14、通知所有的 downloadDelegates 下载完成，回调给需要的地方展示图片。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。

15、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。

16、SDWI 也提供了 UIButton+WebCache 和 MKAnnotationView+WebCache，方便使用。

17、SDWebImagePrefetcher 可以预先下载图片，方便后续使用。

源码分析

主要用到的对象

一、图片下载

1、 SDWebImageDownloader

1.单例，图片下载器，负责图片异步下载，并对图片加载做了优化处理
2.图片的下载操作放在一个NSOperationQueue并发操作队列中，队列默认最大并发数是6
3.每个图片对应一些回调（下载进度，完成回调等），回调信息会存在downloader的URLCallbacks（一个字典，key是url地址，value是图片下载回调数组）中，URLCallbacks可能被多个线程访问，所以downloader把下载任务放在一个barrierQueue中，并设置屏障保证同一时间只有一个线程访问URLCallbacks。，在创建回调URLCallbacks的block中创建了一个NSOperation并添加到NSOperationQueue中。
4.每个图片下载都是一个operation类，创建后添加到一个队列中，SDWebimage定义了一个协议 SDWebImageOperation作为图片下载操作的基础协议，声明了一个cancel方法，用于取消操作。

@protocol SDWebImageOperation 
-(void)cancel;
@end

5.对于图片的下载，SDWebImageDownloaderOperation完全依赖于NSURLConnection类，继承和实现了NSURLConnectionDataDelegate协议的方法

connection:didReceiveResponse:
connection:didReceiveData:
connectionDidFinishLoading:
connection:didFailWithError:
connection:willCacheResponse:
connectionShouldUseCredentialStorage:
-connection:willSendRequestForAuthenticationChalleng
-connection:didReceiveData:方法，接受数据，创建一个CGImageSourceRef对象，在首次获取数据时（图片width，height），图片下载完成之前，使用CGImageSourceRef对象创建一个图片对象，经过缩放、解压操作生成一个UIImage对象供回调使用，同时还有下载进度处理。
注：缩放：SDWebImageCompat中SDScaledImageForKey函数
 解压：SDWebImageDecoder文件中decodedImageWithImage

2、SDWebImageDownloaderOption

1.继承自NSOperation类，没有简单实现main方法，而是采用更加灵活的start方法，以便自己管理下载的状态
2.start方法中创建了下载使用的NSURLConnections对象，开启了图片的下载，并抛出一个下载开始的通知，
3.小结：下载的核心是利用NSURLSession加载数据，每个图片的下载都有一个operation操作来完成，并将这些操作放到一个操作队列中，这样可以实现图片的并发下载。

3、SDWebImageDecoder（异步对图片进行解码）

二、缓存

减少网络流量，下载完图片后存储到本地，下载再获取同一张图片时，直接从本地获取，提升用户体验，能快速从本地获取呈现给用户。
SDWebImage提供了对图片进行了缓存，主要由SDImageCache完成。该类负责处理内存缓存以及一个可选的磁盘缓存，其中磁盘缓存的写操作是异步的，不会对UI造成影响。

1、内存缓存及磁盘缓存

1.内存缓存的处理由NSCache对象实现，NSCache类似一个集合的容器，它存储key-value对，类似于nsdictionary类，我们通常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新能，同时这些对象对于程序来说不是紧要的，如果内存紧张就会自动释放。
2.磁盘缓存的处理使用NSFileManager对象实现，图片存储的位置位于cache文件夹，另外SDImageCache还定义了一个串行队列来异步存储图片。
3.SDImageCache提供了大量方法来缓存、获取、移除及清空图片。对于图片的索引，我们通过一个key来索引，在内存中，我们将其作为NSCache的key值，而在磁盘中，我们用这个key值作为图片的文件名，对于一个远程下载的图片其url实作为这个key的最佳选择。

2、存储图片
先在内存中放置一份缓存，如果需要缓存到磁盘，将磁盘缓存操作作为一个task放到串行队列中处理，会先检查图片格式是jpeg还是png，将其转换为响应的图片数据，最后吧数据写入磁盘中（文件名是对key值做MD5后的串）

3、查询图片
内存和磁盘查询图片API：

- (UIImage *)imageFromMemoryCacheForKey:(NSString *)key;
- (UIImage *)imageFromDiskCacheForKey:(NSString *)key;

查看本地是否存在key指定的图片，使用一下API：

- (NSOperation *)queryDiskCacheForKey:(NSString *)key done:(SDWebImageQueryCompletedBlock)doneBlock;

4、移除图片
移除图片API：

- (void)removeImageForKey:(NSString *)key;
- (void)removeImageForKey:(NSString *)key withCompletion:(SDWebImageNoParamsBlock)completion;
- (void)removeImageForKey:(NSString *)key fromDisk:(BOOL)fromDisk;
- (void)removeImageForKey:(NSString *)key fromDisk:(BOOL)fromDisk withCompletion:(SDWebImageNoParamsBlock)completion;

5、清理图片（磁盘）

清空磁盘图片可以选择完全清空和部分清空，完全清空就是吧缓存文件夹删除。

- (void)clearDisk;
- (void)clearDiskOnCompletion:(SDWebImageNoParamsBlock)completion;

部分清理会根据设置的一些参数移除部分文件，主要有两个指标：文件的缓存有效期（maxCacheAge：默认是1周）和最大缓存空间大小（maxCacheSize：如果所有文件大小大于最大值，会按照文件最后修改时间的逆序，以每次一半的递归来移除哪些过早的文件，知道缓存文件总大小小于最大值），具体代码参考- (void)cleanDiskWithCompletionBlock；

6、小结
SDImageCache处理提供以上API，还提供了获取缓存大小，缓存中图片数量等API，
常用的接口和属性：

（1）-getSize  ：获得硬盘缓存的大小

（2）-getDiskCount ： 获得硬盘缓存的图片数量

（3）-clearMemory  ： 清理所有内存图片

（4）- removeImageForKey:(NSString *)key  系列的方法 ： 从内存、硬盘按要求指定清除图片

（5）maxMemoryCost  ：  保存在存储器中像素的总和

（6）maxCacheSize  ：  最大缓存大小 以字节为单位。默认没有设置，也就是为0，而清理磁盘缓存的先决条件为self.maxCacheSize > 0，所以0表示无限制。

（7）maxCacheAge ： 在内存缓存保留的最长时间以秒为单位计算，默认是一周

三、SDWebImageManager

实际使用中并不直接使用SDWebImageDownloader和SDImageCache类对图片进行下载和存储，而是使用SDWebImageManager来管理。包括平常使用UIImageView+WebCache等控件的分类，都是使用SDWebImageManager来处理，该对象内部定义了一个图片下载器（SDWebImageDownloader）和图片缓存（SDImageCache）

@interface SDWebImageManager : NSObject

@property (weak, nonatomic) id  delegate;

@property (strong, nonatomic, readonly) SDImageCache *imageCache;
@property (strong, nonatomic, readonly) SDWebImageDownloader *imageDownloader;

...

@end

SDWebImageManager声明了一个delegate属性，其实是一个id对象，代理声明了两个方法

// 控制当图片在缓存中没有找到时，应该下载哪个图片
- (BOOL)imageManager:(SDWebImageManager *)imageManager shouldDownloadImageForURL:(NSURL *)imageURL;

// 允许在图片已经被下载完成且被缓存到磁盘或内存前立即转换
- (UIImage *)imageManager:(SDWebImageManager *)imageManager transformDownloadedImage:(UIImage *)image withURL:(NSURL *)imageURL;

这两个方法会在SDWebImageManager的-downloadImageWithURL:options:progress:completed:方法中调用，而这个方法是SDWebImageManager类的核心所在（具体看源码）

SDWebImageManager的几个API：

(1）- (void)cancelAll   ： 取消runningOperations中所有的操作，并全部删除

（2）- (BOOL)isRunning  ：检查是否有操作在运行，这里的操作指的是下载和缓存组成的组合操作

（3） - downloadImageWithURL:options:progress:completed:   核心方法

（4）- (BOOL)diskImageExistsForURL:(NSURL *)url  ：指定url的图片是否进行了磁盘缓存

四、视图扩展

在使用SDWebImage的时候，使用最多的是UIImageView+WebCache中的针对UIImageView的扩展，核心方法是sd_setImageWithURL:placeholderImage:options:progress:completed:，其使用SDWebImageManager单例对象下载并缓存图片。

除了扩展UIImageView外，SDWebImage还扩展了UIView，UIButton，MKAnnotationView等视图类，具体可以参考源码，除了可以使用扩展的方法下载图片，同时也可以使用SDWebImageManager下载图片。

UIView+WebCacheOperation分类：
把当前view对应的图片操作对象存储起来（通过运行时设置属性），在基类中完成
存储的结构：一个loadOperationKey属性，value是一个字典（字典结构： key：UIImageViewAnimationImages或者UIImageViewImageLoad，value是 operation数组（动态图片）或者对象）

UIButton+WebCache分类
会根据不同的按钮状态，下载的图片根据不同的状态进行设置
imageURLStorageKey:{state:url}

五、技术点

1.dispatch_barrier_sync函数，用于对操作设置顺序，确保在执行完任务后再确保后续操作。常用于确保线程安全性操作
2.NSMutableURLRequest：用于创建一个网络请求对象，可以根据需要来配置请求报头等信息
3.NSOperation及NSOperationQueue：操作队列是OC中一种告诫的并发处理方法，基于GCD实现，相对于GCD来说，操作队列的优点是可以取消在任务处理队列中的任务，另外在管理操作间的依赖关系方面容易一些，对SDWebImage中我们看到如何使用依赖将下载顺序设置成后进先出的顺序
4.NSURLSession：用于网络请求及相应处理
5.开启后台任务
6.NSCache类：一个类似于集合的容器，存储key-value对，这一点类似于nsdictionary类，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
7.清理缓存图片的策略：特别是最大缓存空间大小的设置。如果所有缓存文件的总大小超过这一大小，则会按照文件最后修改时间的逆序，以每次一半的递归来移除那些过早的文件，直到缓存的实际大小小于我们设置的最大使用空间。
8.图片解压操作：这一操作可以查看SDWebImageDecoder.m中+decodedImageWithImage方法的实现。
9.对GIF图片的处理
10.对WebP图片的处理。

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