Android图片三级缓存的原理及其实现

时间：2020-12-20 13:27:28|栏目：Android代码|点击：次

为什么要使用三级缓存

如今的 Android App 经常会需要网络交互，通过网络获取图片是再正常不过的事了
假如每次启动的时候都从网络拉取图片的话，势必会消耗很多流量。在当前的状况下，对于非wifi用户来说，流量还是很贵的，一个很耗流量的应用，其用户数量级肯定要受到影响
特别是，当我们想要重复浏览一些图片时，如果每一次浏览都需要通过网络获取，流量的浪费可想而知
所以提出三级缓存策略，通过网络、本地、内存三级缓存图片，来减少不必要的网络交互，避免浪费流量

什么是三级缓存

网络缓存, 不优先加载, 速度慢,浪费流量
本地缓存, 次优先加载, 速度快
内存缓存, 优先加载, 速度最快

三级缓存原理

首次加载 Android App 时，肯定要通过网络交互来获取图片，之后我们可以将图片保存至本地SD卡和内存中
之后运行 App 时，优先访问内存中的图片缓存，若内存中没有，则加载本地SD卡中的图片
总之，只在初次访问新内容时，才通过网络获取图片资源

具体实现及代码

1. 自定义的图片缓存工具类（MyBitmapUtils）

通过new MyBitmapUtils().display(ImageView ivPic, String url) 提供给外部方法进行图片缓存的接口
参数含义：ivPic 用于显示图片的ImageView，url 获取图片的网络地址

 /**
  * 自定义的BitmapUtils,实现三级缓存
  */
 public class MyBitmapUtils {

  private NetCacheUtils mNetCacheUtils;
  private LocalCacheUtils mLocalCacheUtils;
  private MemoryCacheUtils mMemoryCacheUtils;

  public MyBitmapUtils(){
   mMemoryCacheUtils=new MemoryCacheUtils();
   mLocalCacheUtils=new LocalCacheUtils();
   mNetCacheUtils=new NetCacheUtils(mLocalCacheUtils,mMemoryCacheUtils);
  }

  public void disPlay(ImageView ivPic, String url) {
   ivPic.setImageResource(R.mipmap.pic_item_list_default);
   Bitmap bitmap;
   //内存缓存
   bitmap=mMemoryCacheUtils.getBitmapFromMemory(url);
   if (bitmap!=null){
    ivPic.setImageBitmap(bitmap);
    System.out.println("从内存获取图片啦.....");
    return;
   }

   //本地缓存
   bitmap = mLocalCacheUtils.getBitmapFromLocal(url);
   if(bitmap !=null){
    ivPic.setImageBitmap(bitmap);
    System.out.println("从本地获取图片啦.....");
    //从本地获取图片后,保存至内存中
    mMemoryCacheUtils.setBitmapToMemory(url,bitmap);
    return;
   }
   //网络缓存
   mNetCacheUtils.getBitmapFromNet(ivPic,url);
  }
 }

2. 网络缓存（NetCacheUtils）

网络缓存中主要用到了AsyncTask来进行异步数据的加载
简单来说，AsyncTask可以看作是一个对handler和线程池的封装，通常，AsyncTask主要用于数据简单时，handler+thread主要用于数据量多且复杂时，当然这也不是必须的，仁者见仁智者见智
同时，为了避免内存溢出的问题，我们可以在获取网络图片后。对其进行图片压缩

 /**
  * 三级缓存之网络缓存
  */
 public class NetCacheUtils {

  private LocalCacheUtils mLocalCacheUtils;
  private MemoryCacheUtils mMemoryCacheUtils;

  public NetCacheUtils(LocalCacheUtils localCacheUtils, MemoryCacheUtils memoryCacheUtils) {
   mLocalCacheUtils = localCacheUtils;
   mMemoryCacheUtils = memoryCacheUtils;
  }

  /**
   * 从网络下载图片
   * @param ivPic 显示图片的imageview
   * @param url 下载图片的网络地址
   */
  public void getBitmapFromNet(ImageView ivPic, String url) {
   new BitmapTask().execute(ivPic, url);//启动AsyncTask

  }

  /**
   * AsyncTask就是对handler和线程池的封装
   * 第一个泛型:参数类型
   * 第二个泛型:更新进度的泛型
   * 第三个泛型:onPostExecute的返回结果
   */
  class BitmapTask extends AsyncTask<Object, Void, Bitmap> {

   private ImageView ivPic;
   private String url;

   /**
    * 后台耗时操作,存在于子线程中
    * @param params
    * @return
    */
   @Override
   protected Bitmap doInBackground(Object[] params) {
    ivPic = (ImageView) params[0];
    url = (String) params[1];

    return downLoadBitmap(url);
   }

   /**
    * 更新进度,在主线程中
    * @param values
    */
   @Override
   protected void onProgressUpdate(Void[] values) {
    super.onProgressUpdate(values);
   }

   /**
    * 耗时方法结束后执行该方法,主线程中
    * @param result
    */
   @Override
   protected void onPostExecute(Bitmap result) {
    if (result != null) {
     ivPic.setImageBitmap(result);
     System.out.println("从网络缓存图片啦.....");

     //从网络获取图片后,保存至本地缓存
     mLocalCacheUtils.setBitmapToLocal(url, result);
     //保存至内存中
     mMemoryCacheUtils.setBitmapToMemory(url, result);

    }
   }
  }

  /**
   * 网络下载图片
   * @param url
   * @return
   */
  private Bitmap downLoadBitmap(String url) {
   HttpURLConnection conn = null;
   try {
    conn = (HttpURLConnection) new URL(url).openConnection();
    conn.setConnectTimeout(5000);
    conn.setReadTimeout(5000);
    conn.setRequestMethod("GET");

    int responseCode = conn.getResponseCode();
    if (responseCode == 200) {
     //图片压缩
     BitmapFactory.Options options = new BitmapFactory.Options();
     options.inSampleSize=2;//宽高压缩为原来的1/2
     options.inPreferredConfig=Bitmap.Config.ARGB_4444;
     Bitmap bitmap = BitmapFactory.decodeStream(conn.getInputStream(),null,options);
     return bitmap;
    }
   } catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
   } finally {
    conn.disconnect();
   }

   return null;
  }
 }

3. 本地缓存（LocalCacheUtils）

在初次通过网络获取图片后，我们可以在本地SD卡中将图片保存起来
可以使用MD5加密图片的网络地址，来作为图片的名称保存

 /**
  * 三级缓存之本地缓存
  */
 public class LocalCacheUtils {

  private static final String CACHE_PATH= Environment.getExternalStorageDirectory().getAbsolutePath()+"/WerbNews";

  /**
   * 从本地读取图片
   * @param url
   */
  public Bitmap getBitmapFromLocal(String url){
   String fileName = null;//把图片的url当做文件名,并进行MD5加密
   try {
    fileName = MD5Encoder.encode(url);
    File file=new File(CACHE_PATH,fileName);

    Bitmap bitmap = BitmapFactory.decodeStream(new FileInputStream(file));

    return bitmap;
   } catch (Exception e) {
    e.printStackTrace();
   }

   return null;
  }

  /**
   * 从网络获取图片后,保存至本地缓存
   * @param url
   * @param bitmap
   */
  public void setBitmapToLocal(String url,Bitmap bitmap){
   try {
    String fileName = MD5Encoder.encode(url);//把图片的url当做文件名,并进行MD5加密
    File file=new File(CACHE_PATH,fileName);

    //通过得到文件的父文件,判断父文件是否存在
    File parentFile = file.getParentFile();
    if (!parentFile.exists()){
     parentFile.mkdirs();
    }

    //把图片保存至本地
    bitmap.compress(Bitmap.CompressFormat.JPEG,100,new FileOutputStream(file));
   } catch (Exception e) {
    e.printStackTrace();
   }

  }
 }

4. 内存缓存（MemoryCacheUtils）

这是本文中最重要且需要重点介绍的部分

进行内存缓存，就一定要注意一个问题，那就是内存溢出（OutOfMemory）

为什么会造成内存溢出？

Android 虚拟机默认分配给每个App 16M的内存空间，真机会比16M大，但任会出现内存溢出的情况
Android 系统在加载图片时是解析每一个像素的信息，再把每一个像素全部保存至内存中
图片大小 = 图片的总像素 * 每个像素占用的大小
> 单色图：每个像素占用1/8个字节，16色图：每个像素占用1/2个字节，256色图：每个像素占用1个字节，24位图：每个像素占用3个字节（常见的rgb构成的图片）
例如一张1920x1080的JPG图片，在Android 系统中是以ARGB格式解析的，即一个像素需占用4个字节，图片的大小=1920x1080x4=7M

实现方法：

通过 HashMap<String,Bitmap>键值对的方式保存图片，key为地址，value为图片对象，但因是强引用对象，很容易造成内存溢出，可以尝试SoftReference软引用对象
通过 HashMap<String, SoftReference<Bitmap>>SoftReference 为软引用对象（GC垃圾回收会自动回收软引用对象），但在Android2.3+后，系统会优先考虑回收弱引用对象，官方提出使用LruCache
通过 LruCache<String,Bitmap> least recentlly use 最少最近使用算法

会将内存控制在一定的大小内, 超出最大值时会自动回收, 这个最大值开发者自己定

 /**
  * 三级缓存之内存缓存
  */
 public class MemoryCacheUtils {

  // private HashMap<String,Bitmap> mMemoryCache=new HashMap<>();//1.因为强引用,容易造成内存溢出，所以考虑使用下面弱引用的方法
  // private HashMap<String, SoftReference<Bitmap>> mMemoryCache = new HashMap<>();//2.因为在Android2.3+后,系统会优先考虑回收弱引用对象,官方提出使用LruCache
  private LruCache<String,Bitmap> mMemoryCache;

  public MemoryCacheUtils(){
   long maxMemory = Runtime.getRuntime().maxMemory()/8;//得到手机最大允许内存的1/8,即超过指定内存,则开始回收
   //需要传入允许的内存最大值,虚拟机默认内存16M,真机不一定相同
   mMemoryCache=new LruCache<String,Bitmap>((int) maxMemory){
    //用于计算每个条目的大小
    @Override
    protected int sizeOf(String key, Bitmap value) {
     int byteCount = value.getByteCount();
     return byteCount;
    }
   };

  }

  /**
   * 从内存中读图片
   * @param url
   */
  public Bitmap getBitmapFromMemory(String url) {
   //Bitmap bitmap = mMemoryCache.get(url);//1.强引用方法
   /*2.弱引用方法
   SoftReference<Bitmap> bitmapSoftReference = mMemoryCache.get(url);
   if (bitmapSoftReference != null) {
    Bitmap bitmap = bitmapSoftReference.get();
    return bitmap;
   }
   */
   Bitmap bitmap = mMemoryCache.get(url);
   return bitmap;

  }

  /**
   * 往内存中写图片
   * @param url
   * @param bitmap
   */
  public void setBitmapToMemory(String url, Bitmap bitmap) {
   //mMemoryCache.put(url, bitmap);//1.强引用方法
   /*2.弱引用方法
   mMemoryCache.put(url, new SoftReference<>(bitmap));
   */
   mMemoryCache.put(url,bitmap);
  }
 }

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