SDWebImage源码解析（二）

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2、缓存

为了减少网络流量的消耗，我们都希望下载下来的图片缓存到本地，下次再去获取同一张图片时，可以直接从本地获取，而不再从远程服务器获取。这样做的另一个好处是提升了用户体验，用户第二次查看同一幅图片时，能快速从本地获取图片直接呈现给用户。

SDWebImage提供了对图片缓存的支持，而该功能是由SDImageCache类来完成的。该类负责处理内存缓存及一个可选的磁盘缓存。其中磁盘缓存的写操作是异步的，这样就不会对UI操作造成影响。

2.1 内存缓存及磁盘缓存

内存缓存的处理是使用NSCache对象来实现的。NSCache是一个类似于集合的容器。它存储key-value对，这一点类似于NSDictionary类。我们通常使用缓存来临时存储短时间使用但创建昂贵的对象。重用这些对象可以优化性能，因为它们的值不需要重新计算。另外一方面，这些对象对于程序来说不是紧要的，在内存紧张时会被丢弃。

磁盘缓存的处理则是使用NSFileManager对象来实现的。图片存储的位置是位于Cache文件夹。另外，SDImageCache还定义了一个串行队列，来异步存储图片。

内存缓存与磁盘缓存相关变量的声明及定义如下：

@interface SDImageCache ()
@property (strong, nonatomic) NSCache *memCache;
@property (strong, nonatomic) NSString *diskCachePath;
@property (strong, nonatomic) NSMutableArray *customPaths;
@property (SDDispatchQueueSetterSementics, nonatomic) dispatch_queue_t ioQueue;
@end
- (id)initWithNamespace:(NSString *)ns {
if ((self = [super init])) {
NSString *fullNamespace = [@"com.hackemist.SDWebImageCache." stringByAppendingString:ns];
...
_ioQueue = dispatch_queue_create("com.hackemist.SDWebImageCache", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
...
// 初始化内存缓存
_memCache = [[NSCache alloc] init];
_memCache.name = fullNamespace;
// 初始化磁盘缓存
NSArray *paths = NSSearchPathForDirectoriesInDomains(NSCachesDirectory, NSUserDomainMask, YES);
_diskCachePath = [paths[0] stringByAppendingPathComponent:fullNamespace];
dispatch_sync(_ioQueue, ^{
_fileManager = [NSFileManager new];
});
...
}
return self;
}

SDImageCache提供了大量方法来缓存、获取、移除及清空图片。而对于每个图片，为了方便地在内存或磁盘中对它进行这些操作，我们需要一个key值来索引它。

在内存中，我们将其作为NSCache的key值，而在磁盘中，我们用这个key作为图片的文件名。对于一个远程服务器下载的图片，其url是作为这个key的最佳选择了。我们在后面会看到这个key值的重要性。

2.2 存储图片

我们先来看看图片的缓存操作，当下载完图片后，会先将图片保存到NSCache中，并把图片像素大小作为该对象的cost值，同时如果需要保存到硬盘，会先判断图片的格式，PNG或者JPEG，并保存对应的NSData到缓存路径中，文件名为URL的MD5值：

- (NSString *)cachedFileNameForKey:(NSString *)key {
//根据key生成对应的MD5值作为文件名
const char *str = [key UTF8String];
if (str == NULL) {
str = "";
}
unsigned char r[CC_MD5_DIGEST_LENGTH];
CC_MD5(str, (CC_LONG)strlen(str), r);
NSString *filename = [NSString stringWithFormat:@"%02x%02x%02x%02x%02x%02x%02x%02x%02x%02x%02x%02x%02x%02x%02x%02x",
r[0], r[1], r[2], r[3], r[4], r[5], r[6], r[7], r[8], r[9], r[10], r[11], r[12], r[13], r[14], r[15]];

return filename;
}

缓存操作的基础方法是 -storeImage:recalculateFromImage:imageData:forKey:toDisk，它的具体实现如下：

- (void)storeImage:(UIImage *)image recalculateFromImage:(BOOL)recalculate imageData:(NSData *)imageData forKey:(NSString *)key toDisk:(BOOL)toDisk {
...
// 1. 内存缓存，将其存入NSCache中，同时传入图片的消耗值。cost为像素值
[self.memCache setObject:image forKey:key cost:image.size.height * image.size.width * image.scale * image.scale];
if (toDisk) {
// 2. 如果确定需要磁盘缓存，则将缓存操作作为一个任务放入ioQueue中
dispatch_async(self.ioQueue, ^{
NSData *data = imageData;
if (image && (recalculate || !data)) {
#if TARGET_OS_IPHONE
// 3. 需要确定图片是PNG还是JPEG。PNG图片容易检测，因为有一个唯一签名。PNG图像的前8个字节总是包含以下值：137 80 78 71 13 10 26 10
// 在imageData为nil的情况下假定图像为PNG。我们将其当作PNG以避免丢失透明度。而当有图片数据时，我们检测其前缀，确定图片的类型
BOOL imageIsPng = YES;
if ([imageData length] >= [kPNGSignatureData length]) {
imageIsPng = ImageDataHasPNGPreffix(imageData);
}
if (imageIsPng) {
data = UIImagePNGRepresentation(image);
}
else {
data = UIImageJPEGRepresentation(image, (CGFloat)1.0);
}
#else
data = [NSBitmapImageRep representationOfImageRepsInArray:image.representations usingType: NSJPEGFileType properties:nil];
#endif
}
// 4. 创建缓存文件并存储图片
if (data) {
if (![_fileManager fileExistsAtPath:_diskCachePath]) {
[_fileManager createDirectoryAtPath:_diskCachePath withIntermediateDirectories:YES attributes:nil error:NULL];
}
//保存data到指定的路径中
[_fileManager createFileAtPath:[self defaultCachePathForKey:key] contents:data attributes:nil];
}
});
}
}

2.3 查询图片

如果我们想在内存或磁盘中查询是否有key指定的图片，则可以分别使用以下方法：

- (UIImage *)imageFromMemoryCacheForKey:(NSString *)key;
- (UIImage *)imageFromDiskCacheForKey:(NSString *)key;

而如果只是想查看本地是否在key指定的图片，则不管是在内存还是在磁盘上，则可以使用 -queryDiskCacheForKey:
done: 方法：
每次向SDWebImageCache索取图片的时候，会先根据图片URL对应的key值先检查内存中是否有对应的图片，如果有则直接返回；如果没有则在ioQueue中去硬盘中查找，其中文件名是是根据URL生成的MD5值，找到之后先将图片缓存在内存中，然后再把图片返回。

- (NSOperation *)queryDiskCacheForKey:(NSString *)key done:(SDWebImageQueryCompletedBlock)doneBlock {
...
// 1. 首先查看内存缓存，如果查找到，则直接回调doneBlock并返回
UIImage *image = [self imageFromDiskCacheForKey:key];
if (image) {
doneBlock(image, SDImageCacheTypeMemory);
return nil;
}
// 2. 如果内存中没有，则在磁盘中查找。如果找到，则将其放到内存缓存，并调用doneBlock回调
NSOperation *operation = [NSOperation new];
dispatch_async(self.ioQueue, ^{
if (operation.isCancelled) {
return;
}
//创建自动释放池，内存及时释放
@autoreleasepool {
UIImage *diskImage = [self diskImageForKey:key];
if (diskImage) {
CGFloat cost = diskImage.size.height * diskImage.size.width * diskImage.scale * diskImage.scale;
//缓存到NSCache中
[self.memCache setObject:diskImage forKey:key cost:cost];
}
dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
doneBlock(diskImage, SDImageCacheTypeDisk);
});
}
});
return operation;
}

在硬盘查询的时候，会在后台将NSData转成UIImage，并完成相关的解码工作:

- (UIImage *)diskImageForKey:(NSString *)key {
NSData *data = [self diskImageDataBySearchingAllPathsForKey:key];
if (data) {
UIImage *image = [UIImage sd_imageWithData:data];
image = [self scaledImageForKey:key image:image];
if (self.shouldDecompressImages) {
image = [UIImage decodedImageWithImage:image];
}
return image;
}
else {
return nil;
}
}

2.4 移除图片

  图片的移除操作则可以使用以下方法：

- (void)removeImageForKey:(NSString *)key;
- (void)removeImageForKey:(NSString *)key withCompletion:(SDWebImageNoParamsBlock)completion;
- (void)removeImageForKey:(NSString *)key fromDisk:(BOOL)fromDisk;
- (void)removeImageForKey:(NSString *)key fromDisk:(BOOL)fromDisk withCompletion:(SDWebImageNoParamsBlock)completion;

我们可以选择同时移除内存及磁盘上的图片。

2.5 清理图片

磁盘缓存图片的清理操作可以分为完全清空和部分清理。

完全清空操作是直接把缓存的文件夹移除，清空操作有以下两个方法：

- (void)clearDisk;
- (void)clearDiskOnCompletion:(SDWebImageNoParamsBlock)completion;

而部分清理则是根据我们设定的一些参数值来移除一些文件，这里主要有两个指标：文件的缓存有效期及最大缓存空间大小。
文件的缓存有效期可以通过maxCacheAge属性来设置，默认是1周的时间。如果文件的缓存时间超过这个时间值，则将其移除。
而最大缓存空间大小是通过maxCacheSize属性来设置的，如果所有缓存文件的总大小超过这一大小，则会按照文件最后修改时间的逆序，以每次一半的递归来移除那些过早的文件，直到缓存的实际大小小于我们设置的最大使用空间。
清理的操作在-cleanDiskWithCompletionBlock:方法中，其实现如下：

- (void)cleanDiskWithCompletionBlock:(SDWebImageNoParamsBlock)completionBlock {
dispatch_async(self.ioQueue, ^{
NSURL *diskCacheURL = [NSURL fileURLWithPath:self.diskCachePath isDirectory:YES];
NSArray *resourceKeys = @[NSURLIsDirectoryKey, NSURLContentModificationDateKey, NSURLTotalFileAllocatedSizeKey];
// 1. 该枚举器预先获取缓存文件的有用的属性
NSDirectoryEnumerator *fileEnumerator = [_fileManager enumeratorAtURL:diskCacheURL
includingPropertiesForKeys:resourceKeys
options:NSDirectoryEnumerationSkipsHiddenFiles
errorHandler:NULL];
NSDate *expirationDate = [NSDate dateWithTimeIntervalSinceNow:-self.maxCacheAge];
NSMutableDictionary *cacheFiles = [NSMutableDictionary dictionary];
NSUInteger currentCacheSize = 0;
// 2. 枚举缓存文件夹中所有文件，该迭代有两个目的：移除比过期日期更老的文件；存储文件属性以备后面执行基于缓存大小的清理操作
NSMutableArray *urlsToDelete = [[NSMutableArray alloc] init];
for (NSURL *fileURL in fileEnumerator) {
NSDictionary *resourceValues = [fileURL resourceValuesForKeys:resourceKeys error:NULL];
// 3. 跳过文件夹
if ([resourceValues[NSURLIsDirectoryKey] boolValue]) {
continue;
}
// 4. 移除早于有效期的老文件
NSDate *modificationDate = resourceValues[NSURLContentModificationDateKey];
if ([[modificationDate laterDate:expirationDate] isEqualToDate:expirationDate]) {
[urlsToDelete addObject:fileURL];
continue;
}
// 5. 存储文件的引用并计算所有文件的总大小，以备后用
NSNumber *totalAllocatedSize = resourceValues[NSURLTotalFileAllocatedSizeKey];
currentCacheSize += [totalAllocatedSize unsignedIntegerValue];
[cacheFiles setObject:resourceValues forKey:fileURL];
}
for (NSURL *fileURL in urlsToDelete) {
[_fileManager removeItemAtURL:fileURL error:nil];
}
// 6.如果磁盘缓存的大小大于我们配置的最大大小，则执行基于文件大小的清理，我们首先删除最老的文件
if (self.maxCacheSize > 0 && currentCacheSize > self.maxCacheSize) {
// 7. 以设置的最大缓存大小的一半作为清理目标
const NSUInteger desiredCacheSize = self.maxCacheSize / 2;
// 8. 按照最后修改时间来排序剩下的缓存文件
NSArray *sortedFiles = [cacheFiles keysSortedByValueWithOptions:NSSortConcurrent
usingComparator:^NSComparisonResult(id obj1, id obj2) {
return [obj1[NSURLContentModificationDateKey] compare:obj2[NSURLContentModificationDateKey]];
}];
// 9. 删除文件，直到缓存总大小降到我们期望的大小
for (NSURL *fileURL in sortedFiles) {
if ([_fileManager removeItemAtURL:fileURL error:nil]) {
NSDictionary *resourceValues = cacheFiles[fileURL];
NSNumber *totalAllocatedSize = resourceValues[NSURLTotalFileAllocatedSizeKey];
currentCacheSize -= [totalAllocatedSize unsignedIntegerValue];
if (currentCacheSize < desiredCacheSize) {
break;
}
}
}
}
if (completionBlock) {
dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
completionBlock();
});
}
});
}

2.6 小结

以上分析了图片缓存操作，当然，除了上面讲的几个操作，SDImageCache类还提供了一些辅助方法。如获取缓存大小、缓存中图片的数量、判断缓存中是否存在某个key指定的图片。另外，SDImageCache类提供了一个单例方法的实现，所以我们可以将其当作单例对象来处理。

SDWebImageManager

在实际的运用中，我们并不直接使用SDWebImageDownloader类及SDImageCache类来执行图片的下载及缓存。为了方便用户的使用，SDWebImage提供了SDWebImageManager对象来管理图片的下载与缓存。而且我们经常用到的诸如UIImageView+WebCache等控件的分类都是基于SDWebImageManager对象的。该对象将一个下载器和一个图片缓存绑定在一起，并对外提供两个只读属性来获取它们，如下代码所示：

@interface SDWebImageManager : NSObject

@property (weak, nonatomic) id <SDWebImageManagerDelegate> delegate;

@property (strong, nonatomic, readonly) SDImageCache *imageCache;
@property (strong, nonatomic, readonly) SDWebImageDownloader *imageDownloader;

...

@end

从上面的代码中我们还可以看到有一个delegate属性，其是一个id<SDWebImageManagerDelegate>对象。SDWebImageManagerDelegate声明了两个可选实现的方法，如下所示：

// 控制当图片在缓存中没有找到时，应该下载哪个图片
- (BOOL)imageManager:(SDWebImageManager *)imageManager shouldDownloadImageForURL:(NSURL *)imageURL;

// 允许在图片已经被下载完成且被缓存到磁盘或内存前立即转换
- (UIImage *)imageManager:(SDWebImageManager *)imageManager transformDownloadedImage:(UIImage *)image withURL:(NSURL *)imageURL;

这两个代理方法会在SDWebImageManager的-downloadImageWithURL:options:progress:completed:方法中调用，而这个方法是SDWebImageManager类的核心所在。我们来看看它的具体实现：

- (id <SDWebImageOperation>)downloadImageWithURL:(NSURL *)url
options:(SDWebImageOptions)options
progress:(SDWebImageDownloaderProgressBlock)progressBlock
completed:(SDWebImageCompletionWithFinishedBlock)completedBlock {
...
// 前面省略n行。主要作了如下处理：
// 1. 判断url的合法性
// 2. 创建SDWebImageCombinedOperation对象
// 3. 查看url是否是之前下载失败过的
// 4. 如果url为nil，或者在不可重试的情况下是一个下载失败过的url，则直接返回操作对象并调用完成回调
operation.cacheOperation = [self.imageCache queryDiskCacheForKey:key done:^(UIImage *image, SDImageCacheType cacheType) {
...
if ((!image || options & SDWebImageRefreshCached) && (![self.delegate respondsToSelector:@selector(imageManager:shouldDownloadImageForURL:)] || [self.delegate imageManager:self shouldDownloadImageForURL:url])) {
// 下载
id <SDWebImageOperation> subOperation = [self.imageDownloader downloadImageWithURL:url options:downloaderOptions progress:progressBlock completed:^(UIImage *downloadedImage, NSData *data, NSError *error, BOOL finished) {
if (weakOperation.isCancelled) {
// 操作被取消，则不做任务事情
}
else if (error) {
// 如果出错，则调用完成回调，并将url放入下载挫败url数组中
...
}
else {
BOOL cacheOnDisk = !(options & SDWebImageCacheMemoryOnly);
if (options & SDWebImageRefreshCached && image && !downloadedImage) {
// Image refresh hit the NSURLCache cache, do not call the completion block
}
else if (downloadedImage && (!downloadedImage.images || (options & SDWebImageTransformAnimatedImage)) && [self.delegate respondsToSelector:@selector(imageManager:transformDownloadedImage:withURL:)]) {
// 在全局队列中并行处理图片的缓存
// 首先对图片做个转换操作，该操作是代理对象实现的
// 然后对图片做缓存处理
dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH, 0), ^{
UIImage *transformedImage = [self.delegate imageManager:self transformDownloadedImage:downloadedImage withURL:url];
if (transformedImage && finished) {
BOOL imageWasTransformed = ![transformedImage isEqual:downloadedImage];
[self.imageCache storeImage:transformedImage recalculateFromImage:imageWasTransformed imageData:data forKey:key toDisk:cacheOnDisk];
}
...
});
}
else {
if (downloadedImage && finished) {
[self.imageCache storeImage:downloadedImage recalculateFromImage:NO imageData:data forKey:key toDisk:cacheOnDisk];
}
...
}
}
// 下载完成并缓存后，将操作从队列中移除
if (finished) {
@synchronized (self.runningOperations) {
[self.runningOperations removeObject:operation];
}
}
}];
// 设置取消回调
operation.cancelBlock = ^{
[subOperation cancel];
@synchronized (self.runningOperations) {
[self.runningOperations removeObject:weakOperation];
}
};
}
else if (image) {
...
}
else {
...
}
}];
return operation;
}

对于这个方法，我们没有做过多的解释。其主要就是下载图片并根据操作选项来缓存图片。上面这个下载方法中的操作选项参数是由枚举SDWebImageOptions来定义的，这个操作中的一些选项是与SDWebImageDownloaderOptions中的选项对应的。我们来看看这个SDWebImageOptions选项都有哪些：

typedef NS_OPTIONS(NSUInteger, SDWebImageOptions) {
// 默认情况下，当URL下载失败时，URL会被列入黑名单，导致库不会再去重试，该标记用于禁用黑名单
SDWebImageRetryFailed = 1 << 0,
// 默认情况下，图片下载开始于UI交互，该标记禁用这一特性，这样下载延迟到UIScrollView减速时
SDWebImageLowPriority = 1 << 1,
// 该标记禁用磁盘缓存
SDWebImageCacheMemoryOnly = 1 << 2,
// 该标记启用渐进式下载，图片在下载过程中是渐渐显示的，如同浏览器一下。
// 默认情况下，图像在下载完成后一次性显示
SDWebImageProgressiveDownload = 1 << 3,
// 即使图片缓存了，也期望HTTP响应cache control，并在需要的情况下从远程刷新图片。
// 磁盘缓存将被NSURLCache处理而不是SDWebImage，因为SDWebImage会导致轻微的性能下载。
// 该标记帮助处理在相同请求URL后面改变的图片。如果缓存图片被刷新，则完成block会使用缓存图片调用一次
// 然后再用最终图片调用一次
SDWebImageRefreshCached = 1 << 4,
// 在iOS 4+系统中，当程序进入后台后继续下载图片。这将要求系统给予额外的时间让请求完成
// 如果后台任务超时，则操作被取消
SDWebImageContinueInBackground = 1 << 5,
// 通过设置NSMutableURLRequest.HTTPShouldHandleCookies = YES;来处理存储在NSHTTPCookieStore中的cookie
SDWebImageHandleCookies = 1 << 6,
// 允许不受信任的SSL认证
SDWebImageAllowInvalidSSLCertificates = 1 << 7,
// 默认情况下，图片下载按入队的顺序来执行。该标记将其移到队列的前面，
// 以便图片能立即下载而不是等到当前队列被加载
SDWebImageHighPriority = 1 << 8,
// 默认情况下，占位图片在加载图片的同时被加载。该标记延迟占位图片的加载直到图片已以被加载完成
SDWebImageDelayPlaceholder = 1 << 9,
// 通常我们不调用动画图片的transformDownloadedImage代理方法，因为大多数转换代码可以管理它。
// 使用这个票房则不任何情况下都进行转换。
SDWebImageTransformAnimatedImage = 1 << 10,
};

大家在看-downloadImageWithURL:options:progress:completed:，可以看到两个SDWebImageOptions与SDWebImageDownloaderOptions中的选项是如何对应起来的，在此不多做解释。

视图扩展

我在使用SDWebImage的时候，使用得最多的是UIImageView+WebCache中的针对UIImageView的扩展方法，这些扩展方法将UIImageView与WebCache集成在一起，来让UIImageView对象拥有异步下载和缓存远程图片的能力。其中最核心的方法是-sd_setImageWithURL:placeholderImage:options:progress:completed:，其使用SDWebImageManager单例对象下载并缓存图片，完成后将图片赋值给UIImageView对象的image属性，以使图片显示出来，其具体实现如下：

- (void)sd_setImageWithURL:(NSURL *)url placeholderImage:(UIImage *)placeholder options:(SDWebImageOptions)options progress:(SDWebImageDownloaderProgressBlock)progressBlock completed:(SDWebImageCompletionBlock)completedBlock {
...
if (url) {
__weak UIImageView *wself = self;
// 使用SDWebImageManager单例对象来下载图片
id <SDWebImageOperation> operation = [SDWebImageManager.sharedManager downloadImageWithURL:url options:options progress:progressBlock completed:^(UIImage *image, NSError *error, SDImageCacheType cacheType, BOOL finished, NSURL *imageURL) {
if (!wself) return;
dispatch_main_sync_safe(^{
if (!wself) return;
// 图片下载完后显示图片
if (image) {
wself.image = image;
[wself setNeedsLayout];
} else {
if ((options & SDWebImageDelayPlaceholder)) {
wself.image = placeholder;
[wself setNeedsLayout];
}
}
if (completedBlock && finished) {
completedBlock(image, error, cacheType, url);
}
});
}];
[self sd_setImageLoadOperation:operation forKey:@"UIImageViewImageLoad"];
} else {
...
}
}

除了扩展UIImageView之外，SDWebImage还扩展了UIView、UIButton、MKAnnotationView等视图类，大家可以参考源码。

当然，如果不想使用这些扩展，则可以直接使用SDWebImageManager来下载图片，这也是很OK的。

技术点

SDWebImage的主要任务就是图片的下载和缓存。为了支持这些操作，它主要使用了以下知识点：

dispatch_barrier_sync函数：该方法用于对操作设置屏幕，确保在执行完任务后才会执行后续操作。该方法常用于确保类的线程安全性操作。
NSMutableURLRequest：用于创建一个网络请求对象，我们可以根据需要来配置请求报头等信息。
NSOperation及NSOperationQueue：操作队列是Objective-C中一种高级的并发处理方法，现在它是基于GCD来实现的。相对于GCD来说，操作队列的优点是可以取消在任务处理队列中的任务，另外在管理操作间的依赖关系方面也容易一些。对SDWebImage中我们就看到了如何使用依赖将下载顺序设置成后进先出的顺序。
NSURLConnection：用于网络请求及响应处理。在iOS7.0后，苹果推出了一套新的网络请求接口，即NSURLSession类。
开启一个后台任务。
NSCache类：一个类似于集合的容器。它存储key-value对，这一点类似于NSDictionary类。我们通常用使用缓存来临时存储短时间使用但创建昂贵的对象。重用这些对象可以优化性能，因为它们的值不需要重新计算。另外一方面，这些对象对于程序来说不是紧要的，在内存紧张时会被丢弃。
清理缓存图片的策略：特别是最大缓存空间大小的设置。如果所有缓存文件的总大小超过这一大小，则会按照文件最后修改时间的逆序，以每次一半的递归来移除那些过早的文件，直到缓存的实际大小小于我们设置的最大使用空间。
对图片的解压缩操作：这一操作可以查看SDWebImageDecoder.m中+decodedImageWithImage方法的实现。
对GIF图片的处理
对WebP图片的处理

参考：
http://southpeak.github.io/blog/2015/02/07/yuan-ma-pian-:sdwebimage/?utm_source=tuicool&utm_medium=referral http://blog.sina.com.cn/s/blog_8988732e0101af25.html http://www.jianshu.com/p/c07df06c60be http://www.zuimoban.com/jiaocheng/ios/2016/0310/6794.html