自己動手實現Android中的三級快取框架

阿新 • • 發佈：2019-01-02

前言

2018年過去了，很久之前就希望自己可以潛心研究原始碼，研究技術，但是空閒時間不是看電影，就是玩遊戲都沒有認真看技術方面的東西感覺很內疚，2019年一定要好好的研究端正態度，認真學習技術。

為什麼要三級快取

有時候Android應用中要獲取比較大的資料，比如說圖片流，短視訊流等，如果每次都從網路上去請求，那麼響應速度很慢的，使用者體驗不好。 二級快取 如果把伺服器拉下來的資料儲存在本地資料庫中，在伺服器資料並沒有發生改變的時候，直接從本地中獲取資料，這就是Android中的二級快取，比直接每次從伺服器中拉取資料多了本地的儲存。二級快取原理如下圖：

由上圖可知，在二級快取中，Android中的activity請求資料時，都是先從本地資料庫中拿資料，當然activity並不知道管獲取的資料是從本地資料庫中還是伺服器中，本地資料和伺服器資料可以統一為資料來源。當伺服器資料有改變的時候會從伺服器中拉取資料，但是拉取的資料先存在本地資料庫中然後再由本地資料庫返回給activity。 二級快取缺點

二級快取的缺點是每次activity的資料都要從本地資料庫中獲取，雖然從本地資料庫中獲取的資料速度要比從伺服器獲取的速度快，但是每次讀寫資料庫進行的IO操作也是很花費時間的。 三級快取 三級快取在二級快取的基礎上加了一個記憶體。從伺服器獲取的資料庫除了存在本地資料庫中，同時在記憶體中也儲存一份，這樣當activity請求資料時可以先從記憶體中獲取資料，如果記憶體中沒有資料，或者記憶體中資料已經髒了的情況下，取本地資料庫中的資料。當本地資料庫的資料也髒了的情況下取伺服器資料。取回的資料存一份本地資料庫，存一份記憶體中。三級快取原理如下圖：

上面的圖畫的比較亂，流程是：當activity要請求資料時 1、先檢查記憶體中快取資料如果記憶體中有資料並且資料不髒時直接返回記憶體中的資料。

2、如果記憶體中無資料並且資料不為髒時向本地資料庫中請求資料，並且將請求的資料寫入到記憶體中，再將記憶體中的資料返回。 3、如果記憶體和本地資料庫中都沒有資料返回，也就是記憶體中無資料並且資料為髒時，向伺服器請求資料，伺服器返回的資料，儲存到本地資料庫並且儲存一份到記憶體，最後將記憶體中的資料返回。

三級快取實現

由三級快取的原理可以實現三級快取的框架，資料的來源有三個地方，記憶體，本地資料庫，伺服器，但是應用層並不關心資料來自哪裡，所以要定義一個數據倉庫，裡面處理資料邏輯，當activity請求資料時直接由資料倉庫來返回資料。定義資料倉庫之前可以定義一個數據來源介面，這個介面定義資料的操作，比如插入資料，刪除資料，返回資料等。類圖：

資料來源介面：TasksDataSource

public interface TasksDataSource {

    interface LoadTasksCallback {

        void onTasksLoaded(List<Task> tasks);//獲取資料成功

        void onDataNotAvailable();//無資料或者獲取資料失敗
    }//多個任務獲取資料回撥

    interface GetTaskCallback {

        void onTaskLoaded(Task task);//獲取資料成功

        void onDataNotAvailable();//無資料或者獲取資料失敗
    }//獲取單個任務回撥

    void getTasks(@NonNull LoadTasksCallback callback);

    void getTask(@NonNull String taskId, @NonNull GetTaskCallback callback);

    void saveTask(@NonNull Task task);//儲存資料

    void refreshTasks();//重新整理資料

    void deleteAllTasks();//刪除全部資料

    void deleteTask(@NonNull String taskId);//刪除單個任務資料
}
複製程式碼

上面定義了資料來源類TasksDataSource在這個類中定義了獲取任務或者任務組的回撥，已經獲取任務，儲存任務，刪除任務，重新整理任務的方法。其中的task是自定義的應用中要用到的資料型別，這裡定義的比較簡單：

public final class Task {

    @PrimaryKey
    @NonNull
    @ColumnInfo(name = "entryid")
    private final String mId;//任務Id也是唯一鍵

    @Nullable
    @ColumnInfo(name = "title")
    private final String mTitle;//任務標題

    @Nullable
    @ColumnInfo(name = "description")
    private final String mDescription;//任務描述

    public Task(@Nullable String title, @Nullable String description,
                @NonNull String id) {
        mId = id;
        mTitle = title;
        mDescription = description;
    }

}
複製程式碼

因為Task要寫入到本地資料庫，所以mId作為唯一鍵。有了資料來源再定義本地資料倉庫，資料倉庫向activity提供資料，並且實現上面的三級快取原理。資料倉庫中處理三種來源的資料，並將最後的結果返回。 資料倉庫TasksRepository

public class


TasksRepository implements TasksDataSource {

    private static TasksRepository INSTANCE = null;

    private final TasksDataSource mTasksRemoteDataSource;//伺服器資料來源

    private final TasksDataSource mTasksLocalDataSource;//本地資料庫資料來源

    Map<String, Task> mCachedTasks;//記憶體快取


    boolean mCacheIsDirty = false;//標記快取資料是否髒

    // Prevent direct instantiation.
    private TasksRepository(@NonNull TasksDataSource tasksRemoteDataSource,
                            @NonNull TasksDataSource tasksLocalDataSource) {
        mTasksRemoteDataSource = checkNotNull(tasksRemoteDataSource);
        mTasksLocalDataSource = checkNotNull(tasksLocalDataSource);
    }

    public static TasksRepository getInstance(TasksDataSource tasksRemoteDataSource,
                                              TasksDataSource tasksLocalDataSource) {
        if (INSTANCE == null) {
            INSTANCE = new TasksRepository(tasksRemoteDataSource, tasksLocalDataSource);
        }
        return INSTANCE;
    }


    public static void destroyInstance() {
        INSTANCE = null;
    }
    //獲取任務
    @Override
    public void getTasks(@NonNull final LoadTasksCallback callback) {
        checkNotNull(callback);

        // Respond immediately with cache if available and not dirty
        if (mCachedTasks != null && !mCacheIsDirty) {
            callback.onTasksLoaded(new ArrayList<>(mCachedTasks.values()));
            return;
        }

        if (mCacheIsDirty) {
            // If the cache is dirty we need to fetch new data from the network.
            getTasksFromRemoteDataSource(callback);
        } else {
            // Query the local storage if available. If not, query the network.
            mTasksLocalDataSource.getTasks(new LoadTasksCallback() {
                @Override
                public void onTasksLoaded(List<Task> tasks) {
                    refreshCache(tasks);
                    callback.onTasksLoaded(new ArrayList<>(mCachedTasks.values()));
                }

                @Override
                public void onDataNotAvailable() {
                    getTasksFromRemoteDataSource(callback);
                }
            });
        }
    }
//儲存任務
    @Override
    public void saveTask(@NonNull Task task) {
        checkNotNull(task);
        mTasksRemoteDataSource.saveTask(task);
        mTasksLocalDataSource.saveTask(task);

        // Do in memory cache update to keep the app UI up to date
        if (mCachedTasks == null) {
            mCachedTasks = new LinkedHashMap<>();
        }
        mCachedTasks.put(task.getId(), task);
    }
    //通過taskid獲取任務
    @Override
    public void getTask(@NonNull final String taskId, @NonNull final GetTaskCallback callback) {
        checkNotNull(taskId);
        checkNotNull(callback);

        Task cachedTask = getTaskWithId(taskId);

        // Respond immediately with cache if available
        if (cachedTask != null) {
            callback.onTaskLoaded(cachedTask);
            return;
        }

        // Load from server/persisted if needed.

        // Is the task in the local data source? If not, query the network.
        mTasksLocalDataSource.getTask(taskId, new GetTaskCallback() {
            @Override
            public void onTaskLoaded(Task task) {
                // Do in memory cache update to keep the app UI up to date
                if (mCachedTasks == null) {
                    mCachedTasks = new LinkedHashMap<>();
                }
                mCachedTasks.put(task.getId(), task);
                callback.onTaskLoaded(task);
            }

            @Override
            public void onDataNotAvailable() {
                mTasksRemoteDataSource.getTask(taskId, new GetTaskCallback() {
                    @Override
                    public void onTaskLoaded(Task task) {
                        // Do in memory cache update to keep the app UI up to date
                        if (mCachedTasks == null) {
                            mCachedTasks = new LinkedHashMap<>();
                        }
                        mCachedTasks.put(task.getId(), task);
                        callback.onTaskLoaded(task);
                    }

                    @Override
                    public void onDataNotAvailable() {
                        callback.onDataNotAvailable();
                    }
                });
            }
        });
    }
//重新整理任務
    @Override
    public void refreshTasks() {
        mCacheIsDirty = true;
    }
//刪除全部任務
    @Override
    public void deleteAllTasks() {
        mTasksRemoteDataSource.deleteAllTasks();
        mTasksLocalDataSource.deleteAllTasks();

        if (mCachedTasks == null) {
            mCachedTasks = new LinkedHashMap<>();
        }
        mCachedTasks.clear();
    }
//刪除任務
    @Override
    public void deleteTask(@NonNull String taskId) {
        mTasksRemoteDataSource.deleteTask(checkNotNull(taskId));
        mTasksLocalDataSource.deleteTask(checkNotNull(taskId));

        mCachedTasks.remove(taskId);
    }
//從伺服器獲取資料
    private void getTasksFromRemoteDataSource(@NonNull final LoadTasksCallback callback) {
        mTasksRemoteDataSource.getTasks(new LoadTasksCallback() {
            @Override
            public void onTasksLoaded(List<Task> tasks) {
                refreshCache(tasks);
                refreshLocalDataSource(tasks);
                callback.onTasksLoaded(new ArrayList<>(mCachedTasks.values()));
            }

            @Override
            public void onDataNotAvailable() {
                callback.onDataNotAvailable();
            }
        });
    }
//重新整理快取資料
    private void refreshCache(List<Task> tasks) {
        if (mCachedTasks == null) {
            mCachedTasks = new LinkedHashMap<>();
        }
        mCachedTasks.clear();
        for (Task task : tasks) {
            mCachedTasks.put(task.getId(), task);
        }
        mCacheIsDirty = false;
    }
//重新整理本地資料庫
    private void refreshLocalDataSource(List<Task> tasks) {
        mTasksLocalDataSource.deleteAllTasks();
        for (Task task : tasks) {
            mTasksLocalDataSource.saveTask(task);
        }
    }

}
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本地資料來源類TasksLocalDataSource

public class TasksLocalDataSource implements TasksDataSource {

    private static volatile TasksLocalDataSource INSTANCE;

    private TasksDao mTasksDao;

    private AppExecutors mAppExecutors;

    // Prevent direct instantiation.
    private TasksLocalDataSource(@NonNull AppExecutors appExecutors,
            @NonNull TasksDao tasksDao) {
        mAppExecutors = appExecutors;
        mTasksDao = tasksDao;
    }

    public static TasksLocalDataSource getInstance(@NonNull AppExecutors appExecutors,
            @NonNull TasksDao tasksDao) {
        if (INSTANCE == null) {
            synchronized (TasksLocalDataSource.class) {
                if (INSTANCE == null) {
                    INSTANCE = new TasksLocalDataSource(appExecutors, tasksDao);
                }
            }
        }
        return INSTANCE;
    }

    /**
     * Note: {@link LoadTasksCallback#onDataNotAvailable()} is fired if the database doesn't exist
     * or the table is empty.
     */
    @Override
    public void getTasks(@NonNull final LoadTasksCallback callback) {
        Runnable runnable = new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                final List<Task> tasks = mTasksDao.getTasks();
                mAppExecutors.mainThread().execute(new Runnable() {
                    @Override
                    public void run() {
                        if (tasks.isEmpty()) {
                            // This will be called if the table is new or just empty.
                            callback.onDataNotAvailable();
                        } else {
                            callback.onTasksLoaded(tasks);
                        }
                    }
                });
            }
        };

        mAppExecutors.diskIO().execute(runnable);
    }

    /**
     * Note: {@link GetTaskCallback#onDataNotAvailable()} is fired if the {@link Task} isn't
     * found.
     */
    @Override
    public void getTask(@NonNull final String taskId, @NonNull final GetTaskCallback callback) {
        Runnable runnable = new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                final Task task = mTasksDao.getTaskById(taskId);

                mAppExecutors.mainThread().execute(new Runnable() {
                    @Override
                    public void run() {
                        if (task != null) {
                            callback.onTaskLoaded(task);
                        } else {
                            callback.onDataNotAvailable();
                        }
                    }
                });
            }
        };

        mAppExecutors.diskIO().execute(runnable);
    }

    @Override
    public void saveTask(@NonNull final Task task) {
        checkNotNull(task);
        Runnable saveRunnable = new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                mTasksDao.insertTask(task);
            }
        };
        mAppExecutors.diskIO().execute(saveRunnable);
    }

    @Override
    public void completeTask(@NonNull final Task task) {
        Runnable completeRunnable = new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                mTasksDao.updateCompleted(task.getId(), true);
            }
        };

        mAppExecutors.diskIO().execute(completeRunnable);
    }

    @Override
    public void completeTask(@NonNull String taskId) {
        // Not required for the local data source because the {@link TasksRepository} handles
        // converting from a {@code taskId} to a {@link task} using its cached data.
    }

    @Override
    public void activateTask(@NonNull final Task task) {
        Runnable activateRunnable = new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                mTasksDao.updateCompleted(task.getId(), false);
            }
        };
        mAppExecutors.diskIO().execute(activateRunnable);
    }

    @Override
    public void activateTask(@NonNull String taskId) {
        // Not required for the local data source because the {@link TasksRepository} handles
        // converting from a {@code taskId} to a {@link task} using its cached data.
    }

    @Override
    public void clearCompletedTasks() {
        Runnable clearTasksRunnable = new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                mTasksDao.deleteCompletedTasks();

            }
        };

        mAppExecutors.diskIO().execute(clearTasksRunnable);
    }

    @Override
    public void refreshTasks() {
        // Not required because the {@link TasksRepository} handles the logic of refreshing the
        // tasks from all the available data sources.
    }

    @Override
    public void deleteAllTasks() {
        Runnable deleteRunnable = new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                mTasksDao.deleteTasks();
            }
        };

        mAppExecutors.diskIO().execute(deleteRunnable);
    }

    @Override
    public void deleteTask(@NonNull final String taskId) {
        Runnable deleteRunnable = new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                mTasksDao.deleteTaskById(taskId);
            }
        };

        mAppExecutors.diskIO().execute(deleteRunnable);
    }

    @VisibleForTesting
    static void clearInstance() {
        INSTANCE = null;
    }
}

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伺服器資料來源類：FakeTasksRemoteDataSource

public class FakeTasksRemoteDataSource implements TasksDataSource {

    private static FakeTasksRemoteDataSource INSTANCE;

    private static final Map<String, Task> TASKS_SERVICE_DATA = new LinkedHashMap<>();

    // Prevent direct instantiation.
    private FakeTasksRemoteDataSource() {}

    public static FakeTasksRemoteDataSource getInstance() {
        if (INSTANCE == null) {
            INSTANCE = new FakeTasksRemoteDataSource();
        }
        return INSTANCE;
    }

    @Override
    public void getTasks(@NonNull LoadTasksCallback callback) {
        callback.onTasksLoaded(Lists.newArrayList(TASKS_SERVICE_DATA.values()));
    }

    @Override
    public void getTask(@NonNull String taskId, @NonNull GetTaskCallback callback) {
        Task task = TASKS_SERVICE_DATA.get(taskId);
        callback.onTaskLoaded(task);
    }

    @Override
    public void saveTask(@NonNull Task task) {
        TASKS_SERVICE_DATA.put(task.getId(), task);
    }

    @Override
    public void completeTask(@NonNull Task task) {
        Task completedTask = new Task(task.getTitle(), task.getDescription(), task.getId(), true);
        TASKS_SERVICE_DATA.put(task.getId(), completedTask);
    }

    @Override
    public void completeTask(@NonNull String taskId) {
        // Not required for the remote data source.
    }

    @Override
    public void activateTask(@NonNull Task task) {
        Task activeTask = new Task(task.getTitle(), task.getDescription(), task.getId());
        TASKS_SERVICE_DATA.put(task.getId(), activeTask);
    }

    @Override
    public void activateTask(@NonNull String taskId) {
        // Not required for the remote data source.
    }

    @Override
    public void clearCompletedTasks() {
        Iterator<Map.Entry<String, Task>> it = TASKS_SERVICE_DATA.entrySet().iterator();
        while (it.hasNext()) {
            Map.Entry<String, Task> entry = it.next();
            if (entry.getValue().isCompleted()) {
                it.remove();
            }
        }
    }

    public void refreshTasks() {
        // Not required because the {@link TasksRepository} handles the logic of refreshing the
        // tasks from all the available data sources.
    }

    @Override
    public void deleteTask(@NonNull String taskId) {
        TASKS_SERVICE_DATA.remove(taskId);
    }

    @Override
    public void deleteAllTasks() {
        TASKS_SERVICE_DATA.clear();
    }

    @VisibleForTesting
    public void addTasks(Task... tasks) {
        for (Task task : tasks) {
            TASKS_SERVICE_DATA.put(task.getId(), task);
        }
    }
}

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自己動手實現Android中的三級快取框架

前言

為什麼要三級快取

三級快取實現

自己動手實現Android中的三級快取框架

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