Connor学Android - Bitmap的加载和缓存策略

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前言

Hey，欢迎阅读Connor学Android系列，这个系列记录了我的Android原理知识学习、复盘过程，欢迎各位大佬阅读斧正！原创不易，转载请注明出处：http://t.csdn.cn/n6ljR，话不多说我们马上开始！

1.Bitmap 的高效加载

1.1 Bitmap 的加载

（1）Bitmap 在 Android 中指的是一张图片，可以是 png 格式也可以是 jpg 等其他常见的图片格式

（2）Bitmap 的加载可以通过 BitmapFactory 完成，这个类提供了四类方法

decodeFile：从文件系统中加载出一个 Bitmap 对象
decodeResource：从资源中加载出一个 Bitmap 对象
decodeStream：从输入流中加载出一个 Bitmap 对象
decodeByteArray：从字节数组中加载出一个 Bitmap 对象
其中 decodeFile 和 decodeResource 会间接调用 decodeStream 方法

（3）BitmapFactory 中的这四类方法最终是在 Android 的底层实现的，对应 BitmapFactory 类的几个 native 方法

1.2 Bitmap 的高效加载

（1）由于 Bitmap 的特殊性以及 Android 对应用的内存限制（16MB），导致加载 Bitmap 时很容易出现 OOM，因此需要更高效地加载

（2）Bitmap 高效加载的核心思想就是采用 BitmapFactory.Options 按一定的采样率来加载缩小后的图片，将缩小后的图片显示在页面上，这样就可以通过降低图片的内存占用，从而一定程度上避免了 OOM

（3）BitmapFactory 提供的四类方法都支持 BitmapFactory.Options 参数，通过它们就可以很方便地对一个图片进行采样缩放

（4）BitmapFactory.Options 缩放图片主要用到了它的 inSampleSize 参数，即采样率

inSampleSize <= 1，采样后的图片大小为图片的原始大小
inSampleSize > 1，缩放图片，缩放比例为 1 / (inSampleSize ^ 2)
inSampleSize 推荐为 2 的整数次方，否则会向下取整并选择一个最接近的 2 的整数次方

（5）通过采样率即可有效地加载图片，那应如何获取采样率呢？过程如下

将 BitmapFactory.Options 的 inJustDecodeBounds 参数设为 true 并加载图片，这里说明一下这个参数
- 此参数为 true，BitmapFactory 只会解析图片的原始宽、高及 MIME 类型信息，并不会真正地加载图片，是轻量级的操作
从 BitmapFactory.Options 中取出图片的原始宽高信息，对应 outWidth 和 outHeight 参数
- 注意此时获取的图片宽高信息和图片的位置(不同的 drawable 目录下)以及硬件设备(屏幕密度不同)有关
根据采样率的规则并结合目标 View 的所需大小计算出采样率 inSampleSize
将 BitmapFactory.Options 的 inJustDecodeBounds 参数设为 false 并重新加载图片，此时就是真正加载缩小后的图片了

2.Android 中的缓存策略

2.1 基本介绍

缓存

Android 的缓存可用于避免过多的流量消耗，一般设计为三级的缓存机制

（1）当程序第一次从网络加载图片后，就将其缓存到存储设备上，这样下次使用这张图片就不需要再从网上获取了

（2）很多时候还会在内存中再缓存一份

（3）这样当应用要请求一张图片时，会首先从内存中获取，如果没有再从存储设备中获取，如果还没有就从网络上下载

缓存策略

（1）缓存策略主要包含缓存的添加、获取和删除，当缓存容量满了，则需要删除一些旧缓存来添加新缓存

（2）如何定义缓存的新旧就是一种缓存的策略，不同的策略对应不同的缓存算法

（3）常用的缓存算法是 LRU，最近最少使用算法，即优先淘汰最近最少使用的缓存对象，采用该算法的缓存主要有两种

LruCache：用于实现内存缓存
DiskLruCache：用于实现存储设备缓存

2.2 LruCache

（1）LruCache 是一个泛型类，内部采用一个 LinkedHashMap 以强引用的方式存储外界的缓存对象

public class LruCache<K, V> {@UnsupportedAppUsageprivate final LinkedHashMap<K, V> map;/** Size of this cache in units. Not necessarily the number of elements. */private int size;private int maxSize;...
}

（2）创建LruCache时只需要提供缓存的总容量大小并重写 sizeOf 方法即可

容量一般根据当前线程的可用内存来设置，单位是 KB：Runtime.getRuntime().maxMemory()
sizeOf 方法用于计算缓存对象，即 Bitmap 对象的大小
此外，一些特殊情况下，还需要重写 entryRemoved 方法，当移除旧缓存时会调用该方法，可以完成一些资源回收工作

（3）通过 get、set 方法完成缓存的获取和添加操作

（4）还支持删除操作，可通过 remove 方法删除一个指定的缓存对象

（5）当缓存满时，会移除较早使用的缓存对象，然后再添加新的缓存对象

2.3 DiskLruCache

DiskLruCache 用于实现存储设备缓存，即磁盘缓存，通过将缓存对象写入到文件系统中实现缓存效果

创建

DiskLruCache 不能通过构造方法来创建，需要通过 open 方法来完成，open 方法共有四个参数

（1）第一个参数表示磁盘缓存在文件系统中的存储路径，可以选择 SD 卡上的缓存目录，也可以选择 SD 卡上的其他指定目录

如果应用卸载后就删除缓存文件，那么就选择 SD 卡上的缓存目录
如果希望保留缓存数据就应该选择 SD 卡上的其他指定目录

（2）第二个参数表示应用的版本号，一般设为1即可。当版本号发生改变时会清空之前所有的缓存文件，但在实际开发中并非那么有效

（3）第三个参数表示单个节点所对应的数据的个数，一般设为1即可

（4）第四个参数表示缓存的总大小，单位是 B，超出这个值时会清楚一些缓存来保证总大小不大于这个设定值

private static final long DISK_CACHE_SIZE = 1024 * 1024 * 50;File diskCacheDir = getDiskCacheDir(mContext, "bitmap");
if(!diskCacheDir.exists()) {diskCacheDir.mkdirs();
}
mDiskLruCache = DiskLruCache.open(diskCacheDir, 1, 1, DISK_CACHE_SIZE);

添加

缓存添加的操作是通过 Editor 完成的，Editor 表示一个缓存对象的编辑对象，添加步骤如下

（1）首先需要获取图片 url 对应的 key

这里使用 key 而非直接使用 url 是因为 url 中很可能有特殊字符，会影响它 Android 中的直接使用，一般采用 url 的 md5 值作为 key

private String hashKeyFormUrl(String url) {String cacheKey;try {final MessageDigest mDigest = MessageDigest.getInstance("MD5");mDigest.update(url.getBytes());cacheKey = bytesToHexString(mDigest.digest());} catch (NoSuchAlgorithmException e) {cacheKey = String.valueOf(url.hashCode());}return cacheKey;
}private String bytesToHexString(byte[] bytes) {StringBuilder sb = new StringBuilder();for(int i = 0; i < bytes.length; ++i) {String hex = Integer.toHexString(0xFF & bytes[i]);if(hex.length() == 1) {sb.append('0');}sb.append(hex);}return sb.toString();
}

（2）根据 key 通过 edit 方法获取 Editor 对象，获取到后即可根据它来得到一个文件输出流

如果当前不存在其他 Editor 对象，则 edit 方法会返回一个新的 Editor 对象
如果这个缓存正在被编辑，则 edit 方法会返回 null，即 DiskLruCache 不允许同时编辑一个缓存对象

String key = hashKeyFormUrl(url);
DiskLruCache.Editor editor = mDiskLruCache.edit(key);
if (editor != null) {OutputStream outputstream = editor.newOutputStream(DISK_CACHE_INDEX);
}

（3）当我们从网络下载图片时，就可以通过拿到的文件输出流写入到文件系统上了

public boolean downloadUrlToStream(String urlString, OutputStream outputStream) {HttpUrlConnection urlConnection = null;BufferedOutputStream out = null;BufferedInputStream in = null;try {final URL url = new URL(urlString);urlConnection = (HttpUrlConnection) url.openConnection();in = new BufferedInputStream(urlConnection.getInputStream(), IO_BUFFER_SIZE);out = new BufferedOutputStream(outputStream, IO_BUFFER_SIZE);int b;while((b = in.read()) != -1) {out.write(b);}return true;} catch (IOException e) {...} finally {if (urlConnection != null) {urlConnection.disconnect();}MyUtils.close(out);MyUtils.close(in);}return false;
}

（4）此时还没有真正地将图片写入文件系统，还必须调用 Editor 的 commit 方法来提交写入操作，如果图片下载过程中发生了异常，还可以通过 Editor 的 abort 方法来回退整个操作

OutputStream outputStream = editor.newOutputStream(DISK_CACHE_INDEX);
if (downloadUrlToStream(url, outputStream)) {editor.commit();
} else {editor.abort();
}
mDiskLruCache.flush();

查找

和缓存的添加过程类似

（1）将 url 转换为 key

（2）根绝 key 调用 DiskLruCache 的 get 方法获取一个 Snapshot 对象

（3）根据 Snapshot 对象即可得到缓存的文件输入流，进而得到 Bitmap 对象

（4）一般不建议直接加载原始图片，而是加载缩放图片

但之前介绍的缩放方法会对 FileInputStream 的缩放存在问题，因为 FileInputStream 是有序的文件流，而两次 decodeStream 调用影响了文件流的位置属性，会导致第二次 decodeStream 时得到的是 null
可以通过文件流来获得其对应的文件描述符，然后再通过 BitmapFactory.decodeFileDescriptor 方法来加载一张缩放后的图片

Bitmap bitmap = null;
String key = hashKeyFormUrl(url);
DiskLruCache.Snapshot snapShot = mDiskLruCache.get(key);
if (snapShot != null) {FileInputStream fileInputStream = (FileInputStream) snapShot.getInputStream(DISK_CACHE_INDEX);FileDescriptor fileDescriptor = fileInputStream.getFD();bitmap = mImageResizer.decodeSampledBitmapFromFileDescriptor(fileDescriptor, reqWidth, reqHeight);if (bitmap != null) {addBitmapToMemoryCache(key, bitmap);}
}

删除

可通过 remove、delete 方法完成对磁盘缓存的删除操作