【安卓中的缓存策略系列】安卓缓存之内存缓存LruCache

缓存策略在移动端设备上是非常重要的，尤其是在图片加载这个场景下，因为图片相对而言比较大会花费用户较多的流量，因此可用缓存方式来解决，即当程序第一次从网络上获取图片的时候，就将其缓存到存储设备上，这样在用户下次使用这张图片时就不用从网络上再次获取，这样就能为用户节省一定的流量。这个功能目前绝大部分主流APP都会使用，如腾讯QQ，微信。但很多时候为了提高APP的用户体验，我们还需要把图片在内存中缓存一份，比如ListView，我们知道LIstView会在用户将某些图片移出屏幕后将其进行回收，此时垃圾回收器会认为你不再持有这些图片的引用，从而对这些图片进行GC操作。可是为了能让程序快速运行，在界面上迅速地加载图片，必须要考虑到某些图片被回收之后，用户又将它重新滑入屏幕这种情况，而这种情况在ListView，GridView这种控件中出现是非常频繁的。采用内存缓存技术可以很好的解决上述问题，内存缓存技术允许控件可以快速地重新加载那些处理过的图片。内存缓存技术主要是通过LruCache这个类来完成的，下面从源码的角度详细讲解LruCache这个类，然后在此基础上讲解如何使用LruCache，让读者知其然更知其所以然。

一LruCache类：

首先我们来看一下类的定义及其构造函数：

public class LruCache<K, V>

 public LruCache(int maxSize) {
        if (maxSize <= 0) {
            throw new IllegalArgumentException("maxSize <= 0");
        }
        this.maxSize = maxSize;
        this.map = new LinkedHashMap<K, V>(0, 0.75f, true);
    }

可以看到LruCache类使用泛型参数，其构造器参数为int型，该参数用来指定LruCache的大小，另外从其构造函数的实现过程来看，可以知道LruCache的底层是使用LinkedHashMap<K, V>来实现的，即LruCache使用一个强引用（strong referenced）的LinkedHashMap保存最近引用的对象。（A cache that holds strong references to a limited number of values.）

然后我么来看一下其重要的方法：

public final V put(K key, V value) {
        if (key == null || value == null) {
            throw new NullPointerException("key == null || value == null");
        }

        V previous;
        synchronized (this) {
            putCount++;
            size += safeSizeOf(key, value);
            previous = map.put(key, value);
            if (previous != null) {
                size -= safeSizeOf(key, previous);
            }
        }

        if (previous != null) {
            entryRemoved(false, key, previous, value);
        }

        trimToSize(maxSize);
        return previous;
    }

 public final V get(K key) {
        if (key == null) {
            throw new NullPointerException("key == null");
        }

        V mapValue;
        synchronized (this) {
            mapValue = map.get(key);
            if (mapValue != null) {
                hitCount++;
                return mapValue;
            }
            missCount++;
        }
 /*
         * Attempt to create a value. This may take a long time, and the map
         * may be different when create() returns. If a conflicting value was
         * added to the map while create() was working, we leave that value in
         * the map and release the created value.
         */

        V createdValue = create(key);
        if (createdValue == null) {
            return null;
        }

        synchronized (this) {
            createCount++;
            mapValue = map.put(key, createdValue);

            if (mapValue != null) {
                // There was a conflict so undo that last put
                map.put(key, mapValue);
            } else {
                size += safeSizeOf(key, createdValue);
            }
        }

        if (mapValue != null) {
            entryRemoved(false, key, createdValue, mapValue);
            return mapValue;
        } else {
            trimToSize(maxSize);
            return createdValue;
        }
    }

 protected int sizeOf(K key, V value) {
        return 1;
    }

之所以把这三个方法拿出来讲解，是因为这三个方法它对应着我们实现的LruCache内存缓存策略的创建缓存，添加key到缓存，从缓存中获取V这三个最重要的功能，通常我们在创建缓存时会重写上述的sizeOf(K key, V value)，在该方法中返回我们要创建的内存缓存的大小。而put与get则相对复杂些，我们首先来分析一下put方法。

可以看到put方法作用是缓存key，同时会将key移动到队列头部Caches {@code value} for {@code key}. The value is moved to the head of the queue.，另外它会返回与的key对应的先前的V，（return the previous value mapped by {@code key}）。采用的是同步方式来实现的。

接下来我们看一下get方法。

从get方法中可以看到get包括两种情况：

1取的时候命中：直接返回与key对应的V。

2取的时候未命中：根据key产生一个V，然后调用put方法将其放入。

当get方法会将返回的值移动到队列头部。If a value was returned, it is moved to the  head of the queue。

从put与get方法可以看到，put与get时会将该元素放到队列的头部，因为无论是put还是get都表示该元素目前被使用过，所以会将其放到队列的头部，当缓存中的元素超过maxSize时，会通过trimToSize函数来去除缓存中最久的元素（ Map.Entry<K, V> toEvict = map.eldest();），这就是所谓的LRU算法，即最近最少使用算法，即当当缓存中的元素超过maxSize时会淘汰最近最少使用的元素。下面是trimToSize的源码：

 public void trimToSize(int maxSize) {
        while (true) {
            K key;
            V value;
            synchronized (this) {
                if (size < 0 || (map.isEmpty() && size != 0)) {
                    throw new IllegalStateException(getClass().getName()
                            + ".sizeOf() is reporting inconsistent results!");
                }

                if (size <= maxSize) {
                    break;
                }

                Map.Entry<K, V> toEvict = map.eldest();//首先获取最久的元素
                if (toEvict == null) {
                    break;
                }

                key = toEvict.getKey();
                value = toEvict.getValue();
                map.remove(key);//去除最久的元素（也是未被使用的最久的元素）
                size -= safeSizeOf(key, value);
                evictionCount++;
            }

            entryRemoved(true, key, value, null);
        }
    }

下面是LinkedHashMap中eldest()函数的代码：

 public Entry<K, V> eldest() {
        LinkedEntry<K, V> eldest = header.nxt;
        return eldest != header ? eldest : null;
    }

通过上述代码的分析相信看官对LruCache的思想已经非常熟悉了，LruCache的底层是通过LinkedHashMap来实现的，当创建一个LruCache的对象时会让我们传入一个int型的maxSize，当我们向LruCache中put与get元素时会将该元素放到缓存队列的对头，当put元素超过maxSize时（这也是为何要传入maxSize参数的原因），会通过trimToSize函数来去除缓存中最久的元素，具体是通过Map.Entry<K, V> toEvict = map.eldest();来获取最久的元素，然后通过remove(key)的方式将其移除。

二LruCache的使用：

这个类是3.1版本中提供的，如果要在更早的Android版本中使用，则需要导入android-support-v4的jar包。

我们以BitMap对象来创建LruCache缓存为例，首先正如我在前面讲述的，一个LruCache缓存策略至少包含三个功能，即创建缓存，向缓存中添加元素，从缓存中获取元素。

代码如下：

private LruCache<String, Bitmap> mMemoryCache;

@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
    ...
    // Get max available VM memory, exceeding this amount will throw an
    // OutOfMemory exception. Stored in kilobytes as LruCache takes an
    // int in its constructor.
    final int maxMemory = (int) (Runtime.getRuntime().maxMemory() / 1024);

    // Use 1/8th of the available memory for this memory cache.
    final int cacheSize = maxMemory / 8;

    mMemoryCache = new LruCache<String, Bitmap>(cacheSize) {
        @Override
        protected int sizeOf(String key, Bitmap bitmap) {
            // The cache size will be measured in kilobytes rather than
            // number of items.
            return bitmap.getByteCount() / 1024;
        }
    };
    ...
}

public void addBitmapToMemoryCache(String key, Bitmap bitmap) {
    if (getBitmapFromMemCache(key) == null) {
        mMemoryCache.put(key, bitmap);
    }
}

public Bitmap getBitmapFromMemCache(String key) {
    return mMemoryCache.get(key);
}

我们说过缓存的目的就是为了当加载某个图片时首先从LruCache 中检查是否存在这个Bitmap。如果确实存在，它会立即被用来显示到ImageView上，如果不存在，则会开启一个后台线程去处理显示该Bitmap任务。所以我们还需要为其添加一个loadBitmap的功能，代码如下：

public void loadBitmap(int resId, ImageView imageView) {
    final String imageKey = String.valueOf(resId);

    final Bitmap bitmap = getBitmapFromMemCache(imageKey);
    if (bitmap != null) {
        mImageView.setImageBitmap(bitmap);
    } else {
        mImageView.setImageResource(R.drawable.image_placeholder);
        BitmapWorkerTask task = new BitmapWorkerTask(mImageView);
        task.execute(resId);
    }
}

其中的BitmapWorkerTask 需要把解析好的Bitmap添加到内存缓存中：

class BitmapWorkerTask extends AsyncTask<Integer, Void, Bitmap> {
    ...
    // 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;
    }
    ...
}

好了，以上就是本人理解的关于LruCache的知识，看官如果觉得不错，请点击下方的”顶“或“赞”按钮给我一点小小的鼓励哦！，另外看官还可以看看我的其它博客的文章哦！