Android的圖片快取ImageCache

阿新 • • 發佈：2019-01-04

為什麼要做快取？

在UI介面載入一張圖片時很簡單，然而如果需要載入多張較大的影象，事情就會變得更加複雜。在許多情況下（如ListView、GridView或ViewPager等的元件），螢幕上的圖片的總數伴隨螢幕的滾動會大大增加，且基本上是無限的。

為了使記憶體使用保持在穩定範圍內，防止出現OOM，這些元件會在子view畫出屏幕後，對其進行資源回收，並重新顯示新出現的圖片，垃圾回收機制會釋放掉不再顯示的圖片的記憶體空間。但是這樣頻繁地處理圖片的載入和回收不利於操作的流暢性，而記憶體或者磁碟的Cache就會幫助解決這個問題，實現快速載入已載入的圖片。在快取上，主要有兩種級別的

Cache：LruCache和DiskLruCache。前者是基於記憶體的，後者是基於磁碟的。

如何在記憶體中做快取？

通過記憶體快取可以快速載入快取圖片，但會消耗應用的記憶體空間。LruCache類（通過相容包可以支援到sdk4）很適合做圖片快取，它通過LinkedHashMap保持圖片的強引用方式儲存圖片，當快取空間超過設定定的限值時會釋放掉早期的快取。

注：在過去，常用的記憶體快取實現是通過SoftReference或WeakReference，但不建議這樣做。從Android2.3（API等級9）垃圾收集器開始更積極收集軟/弱引用，這使得它們相當無效。此外，在Android 3.0（API等級11）之前，儲存在native記憶體中的可見的bitmap不會被釋放，可能會導致應用程式暫時地超過其記憶體限制並崩潰。

為了給LruCache設定合適的大小，需要考慮以下幾點因素：

你的應用中空閒記憶體是多大？
你要在螢幕中一次顯示多少圖片？你準備多少張圖片用於顯示？
裝置的螢幕大小與density 是多少？超高螢幕density的裝置(xhdpi)像Galaxy Nexus 比 Nexus S (hdpi)這樣的裝置在快取相同的圖片時需要更大的Cache空間。
圖片的大小和屬性及其需要佔用多少記憶體空間？
圖片的訪問頻率是多少？是否比其他的圖片使用的頻率高？如果這樣你可能需要考慮將圖片長期存放在記憶體中或者針對不同型別的圖片使用不同的快取策略。
如何平衡質量與數量，有事你可能會儲存一些常用的低質量的圖片使用者顯示，然後通過非同步執行緒載入高質量的圖片。

圖片快取方案沒有固定的模式使用所有的的應用，你需要根據應用的具體應用場景進行分析，選擇合適的方案來做，快取太小不能發揮快取的優勢，太大可能佔用過多的記憶體，降低應用效能，或者發生記憶體溢位異常，

下面是一個使用LruCache的例子：

private LruCache mMemoryCache; 
                                                                         
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState)

{ 
    ... 
    // Get memory class of this device, exceeding this amount will throw an OutOfMemory exception. 
    final int memClass = ((ActivityManager) context.getSystemService(Context.ACTIVITY_SERVICE)).getMemoryClass(); 
                                                                         
    // Use 1/8th of the available memory for this memory cache. 
    final int cacheSize = 1024 * 1024 * memClass / 8; 
                                                                         
    mMemoryCache = new LruCache(cacheSize)

    { 
        @Override
        protected int sizeOf(String key, Bitmap bitmap)

        { 
            // The cache size will be measured in bytes rather than number of items. 
            return bitmap.getByteCount(); 
        } 
    }; 
    ... 
} 
                                                                         
public void addBitmapToMemoryCache(String key, Bitmap bitmap)

{ 
    if (getBitmapFromMemCache(key) == null)

    { 
        mMemoryCache.put(key, bitmap); 
    } 
} 
                                                                         
public Bitmap getBitmapFromMemCache(String key)

{ 
    return mMemoryCache.get(key); 
}

注意：在這個例子中，應用八分之一的記憶體分配給圖片快取，在普通/hdpi裝置中大約為4MB（32/8）。GirdView全屏時在800x480解析度的裝置中需要1.5M圖片空間（800*480*4 bytes）,這樣就可以在記憶體中快取2.5屏的圖片。

運用LruCache向ImageView新增圖片時首先先檢查圖片是否存在，如果在直接更行ImageView，否則通過後臺執行緒載入圖片：

public void loadBitmap(int resId, ImageView imageView)

{ 
    final String imageKey = String.valueOf(resId); 
                                                         
    final Bitmap bitmap = getBitmapFromMemCache(imageKey); 
    if (bitmap != null)

    { 
        imageView.setImageBitmap(bitmap); 
    }

    else

    { 
        imageView.setImageResource(R.drawable.image_placeholder); 
        BitmapWorkerTask task = new BitmapWorkerTask(imageView); 
        task.execute(resId); 
    } 
}

BitmapWorkerTask需要將將載入的圖片新增到快取中：

class BitmapWorkerTask extends AsyncTask

{ 
    ... 
    // Decode image in background. 
    @Override
    protected Bitmap doInBackground(Integer... params)

    { 
        final Bitmap bitmap = decodeSampledBitmapFromResource(getResources(), params[0], 100, 100)); 
        addBitmapToMemoryCache(String.valueOf(params[0]), bitmap); 
        return bitmap; 
    } 
    ... 
}

如何使用磁碟快取？

記憶體快取對訪問最近使用的圖片時很高效，但是你不能保證它一直會在快取中。像GirdView這樣大資料量的元件很容易充滿記憶體快取。你的應用可能會被“來電”打斷，在後臺時可能會被殺掉，記憶體快取就會失效，一旦使用者重新回到應用中時，你需要重新處理每個圖片。

在這種情況下我們可以運用磁碟快取儲存已處理的圖片，當圖片不再記憶體中時，減少重新載入的時間，當然從磁碟載入圖片時要比記憶體中慢，需要在後臺執行緒中做，因為磁碟的讀取時間是未知的。

注意：如果你經常訪問圖片，ContentProvider應該是儲存圖片的好地方，如：Gallery圖片管理應用。

下面是一個簡單的DiskLruCache實現。然而推薦的實現DiskLruCache方案請參考Android4.0中（libcore/luni/src/main/java/libcore/io/DiskLruCache.java）原始碼。本文使用的是之前版本中的簡單實現（Quick Search中是另外的實現）.

顯示是簡單實現DiskLruCache更新後的例子：

private DiskLruCache mDiskCache; 
private static final int DISK_CACHE_SIZE = 1024 * 1024 * 10; // 10MB 
private static final String DISK_CACHE_SUBDIR = "thumbnails"; 
                                   
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState)

{ 
    ... 
    // Initialize memory cache 
    ... 
    File cacheDir = getCacheDir(this, DISK_CACHE_SUBDIR); 
    mDiskCache = DiskLruCache.openCache(this, cacheDir, DISK_CACHE_SIZE); 
    ... 
} 
                                   
class BitmapWorkerTask extends AsyncTask

{ 
    ... 
    // Decode image in background. 
    @Override
    protected Bitmap doInBackground(Integer... params)

    { 
        final String imageKey = String.valueOf(params[0]); 
                                   
        // Check disk cache in background thread 
        Bitmap bitmap = getBitmapFromDiskCache(imageKey); 
                                   
        if (bitmap == null)

            // Not found in disk cache 
            // Process as normal 
            final Bitmap bitmap = decodeSampledBitmapFromResource(getResources(), params[0], 100, 100)); 
        } 
                                   
        // Add final bitmap to caches 
        addBitmapToCache(String.valueOf(imageKey, bitmap); 
                                   
        return bitmap; 
    } 
    ... 
} 
                                   
public void addBitmapToCache(String key, Bitmap bitmap)

{ 
    // Add to memory cache as before 
    if (getBitmapFromMemCache(key) == null)

    { 
        mMemoryCache.put(key, bitmap); 
    } 
                                   
    // Also add to disk cache 
    if (!mDiskCache.containsKey(key))

    { 
        mDiskCache.put(key, bitmap); 
    } 
} 
                                   
public Bitmap getBitmapFromDiskCache(String key)

{ 
    return mDiskCache.get(key); 
} 
                                   
// Creates a unique subdirectory of the designated app cache directory. Tries to use external but if not mounted, falls back on internal storage. 
public static File getCacheDir(Context context, String uniqueName)

{ 
    // Check if media is mounted or storage is built-in, if so, try and use external cache dir otherwise use internal cache dir 
    final String cachePath = (Environment.getExternalStorageState() == Environment.MEDIA_MOUNTED ||

                             !Environment.isExternalStorageRemovable()) ? 
                             context.getExternalCacheDir().getPath() :

                             context.getCacheDir().getPath(); 
                                   
    return new File(cachePath + File.separator + uniqueName); 
}

記憶體快取檢查在UI執行緒中做，磁碟快取的檢查在後臺執行緒中。硬碟操作不應在UI執行緒中。圖片處理完成後應將其加入正在使用的記憶體、磁碟快取中。

如何處理配置的改變？

應用執行中配置改變時，如螢幕方向改變時為了應用新的配置Android會銷燬重新運行當前的Activity，此時，為了給使用者快速、平緩的使用者體驗你可能不想重新載入圖片。

多虧你運行了快取技術，快取可以通過 setRetainInstance(true))傳遞給新的Activity，在Activity重啟後，你可以通過附著的Fragment重新使用已存在的快取，這樣就可以快速載入到ImageView中了。

下面是一個當配置改變時用Fragment重用已有的快取的例子：

private LruCache mMemoryCache; 
                  
@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState)

{ 
    ... 
    RetainFragment mRetainFragment = 
            RetainFragment.findOrCreateRetainFragment(getFragmentManager()); 
    mMemoryCache = RetainFragment.mRetainedCache; 
    if (mMemoryCache == null)

    { 
        mMemoryCache = new LruCache(cacheSize)

        { 
            ... // Initialize cache here as usual 
        } 
        mRetainFragment.mRetainedCache = mMemoryCache; 
    } 
    ... 
} 
                  
class RetainFragment extends Fragment

{ 
    private static final String TAG = "RetainFragment"; 
    public LruCache mRetainedCache; 
                  
    public RetainFragment() {} 
                  
    public static RetainFragment findOrCreateRetainFragment(FragmentManager fm)

    { 
        RetainFragment fragment = (RetainFragment) fm.findFragmentByTag(TAG); 
        if (fragment == null)

        { 
            fragment = new RetainFragment(); 
        } 
        return fragment; 
    } 
                  
    @Override
    public void onCreate(Bundle savedInstanceState)

    { 
        super.onCreate(savedInstanceState); 
        setRetainInstance(true); 
    } 
}

為了測試，在使用和未使用Fragment的情況下，強制旋轉螢幕，你會發現從保留記憶體快取載入圖片時幾乎沒有滯後。

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