提升用户愉悦感的润滑剂-看SDWebImage本地缓存结构设计

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溪石iOS Excellent
7.3 2019.02.25 22:37* 字数 1081

手机应用发展到今天,用户的体验至关重要,有时决定着应用产品的生死,比如滑动一个商品列表时,用户自然地希望列表的滑动跟随手指,如丝般顺滑,如果卡顿,不耐烦的用户就会点退出按钮,商品也就失去了展示机会;
而当一个用户发现自己装了某个APP后流量用的特别快,Ta可能会永远将这个APP打入冷宫。想要优化界面的响应、节省流量,本地缓存对用户而言是透明的,却是必不可少的一环。
设计本地缓存并不是开一个数组或本地数据库,把数据丢进去就能达到预期效果的,这是因为:

  1. 内存读写快,但容量有限,图片容易丢失;
  2. 磁盘容量大,图片“永久”保存,但读写较慢。

这对计算机与生俱来的矛盾,导致缓存设计必须将两种存储方式组合使用,加上iOS系统平台特性,无形中增加了本地缓存系统的复杂度,本篇来看看 SDWebImage 是如何实现一个流畅的缓存系统的。

SDWebImage 本地缓存的整体流程如下:


SDWebImage本地缓存整体流程

缓存数据的格式

在深入具体的读写流程之前,先了解一下存储数据的格式,这有助于我们理解后续的操作步骤:

  • 为了加快界面显示的需要,内存缓存的图片用 UIImage
  • 磁盘缓存的是 NSData,是从网络下载到的原始数据

写入流程

存入图片时,调用入口方法:

- (void)storeImage:(nullable UIImage *)image
         imageData:(nullable NSData *)imageData
            forKey:(nullable NSString *)key
            toDisk:(BOOL)toDisk
        completion:(nullable SDWebImageNoParamsBlock)completionBlock

先写入 SDMemoryCache :

[self.memCache setObject:image forKey:key cost:cost];

再写入磁盘,由 ioQueue 异步执行:

- (void)_storeImageDataToDisk:(nullable NSData *)imageData forKey:(nullable NSString *)key

读取流程

读取图片时,调用入口方法为:

- (nullable NSOperation *)queryCacheOperationForKey:(nullable NSString *)key options:(SDImageCacheOptions)options done:(nullable SDCacheQueryCompletedBlock)doneBlock

首先从内存缓存中获取:

UIImage *image = [self imageFromMemoryCacheForKey:key];

如果内存中有,直接返回给外部调用者;当内存缓存获取失败时,从磁盘获取图片文件数据:

NSData *diskData = [self diskImageDataBySearchingAllPathsForKey:key];

解码为 UIImage:

diskImage = [self diskImageForKey:key data:diskData options:options];

并写回内存缓存,再返回给调用者。

磁盘缓存

磁盘缓存位于沙盒的 Caches 目录
下:/Library/Caches/default/com.hackemist.SDWebImageCache.default/
保证了缓存图片在下次启动还存在,又不会被iTunes备份。
文件名由cachedFileNameForKey生成,使用Key(即图片URL)的MD5值,顺便说明一下,图片的Key还有其他作用:

  • 作为获取缓存的索引
  • 防止重复写入

写入过程很简单:

- (void)_storeImageDataToDisk:(nullable NSData *)imageData forKey:(nullable NSString *)key

利用 NSData 的文件写入方法:

[imageData writeToURL:fileURL options:self.config.diskCacheWritingOptions error:nil];

内存缓存

SDMemoryCache 是继承 NSCache 实现的,占用空间是用像素值来统计的(SDCacheCostForImage),因为 NSCache 的totalCostLimit 并不严格(关于 NSCache 的一些特性,请参考被忽视和误解的NSCache),用像素计算可以方
便预估和加快运算。

辅助内存缓存 weakCache

你可能从看前面流程图时,就好奇这个辅助内存缓存的作用是什么,这是由于收到内存警告时,NSCache 里的图片可能已经被系统清除,但实际图片还是被界面上的 ImageView 保留着,因此在 weakCache 再保存一份,遇到这种情况时,只要简单地将 weakCache 中的值写回 NSCache 即可,这样提高了缓存命中率,也避免在界面保有图片时,缓存系统的误判,导致重复下载或从磁盘加载图片。
weakCache 由 NSMapTable 实现,因为普通的NSDictionary无法分别对Key强引用,对值弱引用,即 weakCache 利用对 UIImage 的弱引用,可以判断是否被缓存以外的对象使用,是本地缓存加倍顺滑的关键喔。

总结

SDMemoryCache 的本地缓存很好地平衡了内存和磁盘的优缺点,最大限度利用了系统本身提供的 NSCache 和 NSData 的原生方法,巧妙地利用 weak 属性判断 UIImage 是否被引用问题,为我们开发提供了值得借鉴的思路。

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