如何设置一个App的缓存机制

在手机应用程序开发中，为了减少与服务端的交互次数，加快用户的响应速度，一般都会在iOS设备中加一个缓存的机制，前面一篇文章介绍了iOS设备的内存缓存，这篇文章将设计一个本地缓存的机制。

功能需求

这个缓存机制满足下面这些功能。

1、可以将数据缓存到本地磁盘。

2、可以判断一个资源是否已经被缓存。如果已经被缓存，在请求相同的资源，先到本地磁盘搜索。

3、可以判断文件缓存什么时候过期。这里为了简单起见这里，我们在请求url资源的时候，给每次请求的文件设定一个过期的时间。

4、可以实现：如果文件已经被缓存，而且没有过期，这将本地的数据返回，否则重新请求url。

5、可以实现：如果文件下载不成功或者下载没有完成，下次打开程序的时候，移除这些没有成功或者没有下载完成的文件。

6、可以实现：同时请求或者下载多个资源。

设计实现：

1、设计一个CacheItem类，用来请求一个web连接，它的一个实例表示一个缓存项。这个CacheItem类，需要一个url创建一个NSURLConnection，去请求web资源。使用CacheItem类主要用来请求web资源。

1. /* ---------缓存项-------------- */
2. @interface CacheItem : NSObject {
3. @public
4. id<CacheItemDelegate> delegate;
5. //web地址
6. NSString              *remoteURL;
7. @private
8. //是否正在下载
9. BOOL                  isDownloading;
10. //NSMutableData对象
11. NSMutableData         *connectionData;
12. //NSURLConnection对象
13. NSURLConnection       *connection;
14. }
15. /* -------------------------- */
16. @property (nonatomic, retain) id<CacheItemDelegate> delegate;
17. @property (nonatomic, retain) NSString  *remoteURL;
18. @property (nonatomic, assign) BOOL      isDownloading;
19. @property (nonatomic, retain) NSMutableData *connectionData;
20. @property (nonatomic, retain) NSURLConnection *connection;
21. /* ----------开始下载方法----------- */
22. - (BOOL) startDownloadingURL:(NSString *)paramRemoteURL;
23. @end

2、在NSURLConnection开始请求之前，调用CachedDownloadManager类，来搜索和管理本地的缓存文件。将缓存文件的情况保存到一个字典类中。这个字典设计如下：

1. {
2. "http://www.cnn.com" =     {
3. DownloadEndDate = "2011-08-02 07:51:57 +0100";
4. DownloadStartDate = "2011-08-02 07:51:55 +0100";
5. ExpiresInSeconds = 20;
6. ExpiryDate = "2011-08-02 07:52:17 +0100";
7. LocalURL = "/var/mobile/Applications/ApplicationID/Documents/
8. httpwww.cnn.com.cache";
9. };
10. "http://www.baidu.com" =     {
11. DownloadEndDate = "2011-08-02 07:51:49 +0100";
12. DownloadStartDate = "2011-08-02 07:51:44 +0100";
13. ExpiresInSeconds = 20;
14. ExpiryDate = "2011-08-02 07:52:09 +0100";
15. LocalURL = "/var/mobile/Applications/ApplicationID/Documents/
16. httpwww.oreilly.com.cache";
17. };
18. }

 上面这个字典里面嵌套了字典。里面那层字典表示一个缓存项的缓存信息：下载结束时间、下载开始时间、缓存有效时间、缓存过期时间、缓存到本地的路径。

下面看下CachedDownloadManager类。用它来实现和封装我们的缓存策略。

1. /* -----------CachedDownloadManager-------------- */
2. @interface CachedDownloadManager : NSObject
3. <CacheItemDelegate> {
4. @public
5. id<CachedDownloadManagerDelegate>  delegate;
6. @private
7. //记录缓存数据的字典
8. NSMutableDictionary                *cacheDictionary;
9. //缓存的路径
10. NSString                           *cacheDictionaryPath;
11. }
12. @property (nonatomic, assign)
13. id<CachedDownloadManagerDelegate> delegate;
14. @property (nonatomic, copy)
15. NSMutableDictionary *cacheDictionary;
16. @property (nonatomic, retain)
17. NSString *cacheDictionaryPath;
18. /* 保持缓存字典 */
19. - (BOOL) saveCacheDictionary;
20. /* 公有方法：下载 */
21. - (BOOL)         download:(NSString *)paramURLAsString
22. urlMustExpireInSeconds:(NSTimeInterval)paramURLMustExpireInSeconds
23. updateExpiryDateIfInCache:(BOOL)paramUpdateExpiryDateIfInCache;
24. /* -------------------------- */
25. @end

从上面代码可以看出，这个管理缓存的类中，有一个缓存字典：cacheDictionary，用来表示所有资源的缓存情况；cacheDictionaryPath用来表示缓存的路径；saveCacheDictionary用来将缓存字典归档到本地文件中。download：urlMustExpireInSeconds：updateExpiryDateIfInCache是一个公共接口，通过传递url、缓存过期时间、是否更新缓存过期时间三个参数来方便的使用，实现我们的缓存策略。

3、如果这个文件已经被下载，而且没有过期，则从本地获取文件的数据。如果文件已经过期，则重新下载。我们通过download：urlMustExpireInSeconds：updateExpiryDateIfInCache方法来实现，主要看这个方法的代码：

1. /* ---------下载-------------- */
2. - (BOOL)         download:(NSString *)paramURLAsString
3. urlMustExpireInSeconds:(NSTimeInterval)paramURLMustExpireInSeconds
4. updateExpiryDateIfInCache:(BOOL)paramUpdateExpiryDateIfInCache{
5. BOOL result = NO;
6. if (self.cacheDictionary == nil ||
7. [paramURLAsString length] == 0){
8. return(NO);
9. }
10. paramURLAsString = [paramURLAsString lowercaseString];
11. //根据url，从字典中获取缓存项的相关数据
12. NSMutableDictionary *itemDictionary =
13. [self.cacheDictionary objectForKey:paramURLAsString];
14. /* 使用下面这些变量帮助我们理解缓存逻辑 */
15. //文件是否已经被缓存
16. BOOL    fileHasBeenCached = NO;
17. //缓存是否过期
18. BOOL    cachedFileHasExpired = NO;
19. //缓存文件是否存在
20. BOOL    cachedFileExists = NO;
21. //缓存文件能否被加载
22. BOOL    cachedFileDataCanBeLoaded = NO;
23. //缓存文件数据
24. NSData  *cachedFileData = nil;
25. //缓存文件是否完全下载
26. BOOL    cachedFileIsFullyDownloaded = NO;
27. //缓存文件是否已经下载
28. BOOL    cachedFileIsBeingDownloaded = NO;
29. //过期时间
30. NSDate    *expiryDate = nil;
31. //下载结束时间
32. NSDate    *downloadEndDate = nil;
33. //下载开始时间
34. NSDate    *downloadStartDate = nil;
35. //本地缓存路径
36. NSString  *localURL = nil;
37. //有效时间
38. NSNumber  *expiresInSeconds = nil;
39. NSDate    *now = [NSDate date];
40. if (itemDictionary != nil){
41. fileHasBeenCached = YES;
42. }
43. //如果文件已经被缓存，则从缓存项相关数据中获取相关的值
44. if (fileHasBeenCached == YES){
45. expiryDate = [itemDictionary
46. objectForKey:CachedKeyExpiryDate];
47. downloadEndDate = [itemDictionary
48. objectForKey:CachedKeyDownloadEndDate];
49. downloadStartDate = [itemDictionary
50. objectForKey:CachedKeyDownloadStartDate];
51. localURL = [itemDictionary
52. objectForKey:CachedKeyLocalURL];
53. expiresInSeconds = [itemDictionary
54. objectForKey:CachedKeyExpiresInSeconds];
55. //如果下载开始和结束时间不为空，表示文件全部被下载
56. if (downloadEndDate != nil &&
57. downloadStartDate != nil){
58. cachedFileIsFullyDownloaded = YES;
59. }
60. /* 如果expiresInSeconds不为空，downloadEndDate为空，表示文件已经正在下载 */
61. if (expiresInSeconds != nil &&
62. downloadEndDate == nil){
63. cachedFileIsBeingDownloaded = YES;
64. }
65. /* 判断缓存是否过期 */
66. if (expiryDate != nil &&
67. [now timeIntervalSinceDate:expiryDate] > 0.0){
68. cachedFileHasExpired = YES;
69. }
70. if (cachedFileHasExpired == NO){
71. /* 如果缓存文件没有过期，加载缓存文件，并且更新过期时间 */
72. NSFileManager *fileManager = [[NSFileManager alloc] init];
73. if ([fileManager fileExistsAtPath:localURL] == YES){
74. cachedFileExists = YES;
75. cachedFileData = [NSData dataWithContentsOfFile:localURL];
76. if (cachedFileData != nil){
77. cachedFileDataCanBeLoaded = YES;
78. } /* if (cachedFileData != nil){ */
79. } /* if ([fileManager fileExistsAtPath:localURL] == YES){ */
80. [fileManager release];
81. /* 更新缓存时间 */
82. if (paramUpdateExpiryDateIfInCache == YES){
83. NSDate *newExpiryDate =
84. [NSDate dateWithTimeIntervalSinceNow:
85. paramURLMustExpireInSeconds];
86. NSLog(@"Updating the expiry date from %@ to %@.",
87. expiryDate,
88. newExpiryDate);
89. [itemDictionary setObject:newExpiryDate
90. forKey:CachedKeyExpiryDate];
91. NSNumber *expires =
92. [NSNumber numberWithFloat:paramURLMustExpireInSeconds];
93. [itemDictionary setObject:expires
94. forKey:CachedKeyExpiresInSeconds];
95. }
96. } /* if (cachedFileHasExpired == NO){ */
97. }
98. if (cachedFileIsBeingDownloaded == YES){
99. NSLog(@"这个文件已经正在下载...");
100. return(YES);
101. }
102. if (fileHasBeenCached == YES){
103. if (cachedFileHasExpired == NO &&
104. cachedFileExists == YES &&
105. cachedFileDataCanBeLoaded == YES &&
106. [cachedFileData length] > 0 &&
107. cachedFileIsFullyDownloaded == YES){
108. /* 如果文件有缓存而且没有过期 */
109. NSLog(@"文件有缓存而且没有过期.");
110. [self.delegate
111. cachedDownloadManagerSucceeded:self
112. remoteURL:[NSURL URLWithString:paramURLAsString]
113. localURL:[NSURL URLWithString:localURL]
114. aboutToBeReleasedData:cachedFileData
115. isCachedData:YES];
116. return(YES);
117. } else {
118. /* 如果文件没有被缓存，获取缓存失败 */
119. NSLog(@"文件没有缓存.");
120. [self.cacheDictionary removeObjectForKey:paramURLAsString];
121. [self saveCacheDictionary];
122. } /* if (cachedFileHasExpired == NO && */
123. } /* if (fileHasBeenCached == YES){ */
124. /* 去下载文件 */
125. NSNumber *expires =
126. [NSNumber numberWithFloat:paramURLMustExpireInSeconds];
127. NSMutableDictionary *newDictionary =
128. [[[NSMutableDictionary alloc] init] autorelease];
129. [newDictionary setObject:expires
130. forKey:CachedKeyExpiresInSeconds];
131. localURL = [paramURLAsString
132. stringByAddingPercentEscapesUsingEncoding:
133. NSUTF8StringEncoding];
134. localURL = [localURL stringByReplacingOccurrencesOfString:@"://"
135. withString:@""];
136. localURL = [localURL stringByReplacingOccurrencesOfString:@"/"
137. withString:@"{1}quot;];
138. localURL = [localURL stringByAppendingPathExtension:@"cache"];
139. NSString *documentsDirectory =
140. [self documentsDirectoryWithTrailingSlash:NO];
141. localURL = [documentsDirectory
142. stringByAppendingPathComponent:localURL];
143. [newDictionary setObject:localURL
144. forKey:CachedKeyLocalURL];
145. [newDictionary setObject:now
146. forKey:CachedKeyDownloadStartDate];
147. [self.cacheDictionary setObject:newDictionary
148. forKey:paramURLAsString];
149. [self saveCacheDictionary];
150. CacheItem *item = [[[CacheItem alloc] init] autorelease];
151. [item setDelegate:self];
152. [item startDownloadingURL:paramURLAsString];
153. return(result);
154. }

4、下面我们设计缓存项下载成功和失败的两个委托方法：

1. @protocol CacheItemDelegate <NSObject>
2. //下载成功执行该方法
3. - (void) cacheItemDelegateSucceeded
4. :(CacheItem *)paramSender
5. withRemoteURL:(NSURL *)paramRemoteURL
6. withAboutToBeReleasedData:(NSData *)paramAboutToBeReleasedData;
7. //下载失败执行该方法
8. - (void) cacheItemDelegateFailed
9. :(CacheItem *)paramSender
10. remoteURL:(NSURL *)paramRemoteURL
11. withError:(NSError *)paramError;
12. @end

当我们下载成功的时候，修改缓存字典中的下载时间，表示已经下载完成，而且需要将请求的资源数据缓存到本地：

1. //缓存项的委托方法
2. - (void) cacheItemDelegateSucceeded:(CacheItem *)paramSender
3. withRemoteURL:(NSURL *)paramRemoteURL
4. withAboutToBeReleasedData:(NSData *)paramAboutToBeReleasedData{
5. //从缓存字典中获取该缓存项的相关数据
6. NSMutableDictionary *dictionary =
7. [self.cacheDictionary objectForKey:[paramRemoteURL absoluteString]];
8. //取当前时间
9. NSDate *now = [NSDate date];
10. //获取有效时间
11. NSNumber *expiresInSeconds = [dictionary
12. objectForKey:CachedKeyExpiresInSeconds];
13. //转换成NSTimeInterval
14. NSTimeInterval expirySeconds = [expiresInSeconds floatValue];
15. //修改字典中缓存项的下载结束时间
16. [dictionary setObject:[NSDate date]
17. forKey:CachedKeyDownloadEndDate];
18. //修改字典中缓存项的缓存过期时间
19. [dictionary setObject:[now dateByAddingTimeInterval:expirySeconds]
20. forKey:CachedKeyExpiryDate];
21. //保存缓存字典
22. [self saveCacheDictionary];
23. NSString *localURL = [dictionary objectForKey:CachedKeyLocalURL];
24. /* 将下载的数据保持到磁盘 */
25. if ([paramAboutToBeReleasedData writeToFile:localURL
26. atomically:YES] == YES){
27. NSLog(@"缓存文件到磁盘成功.");
28. } else{
29. NSLog(@"缓存文件到磁盘失败.");
30. }
31. //执行缓存管理的委托方法
32. [self.delegate
33. cachedDownloadManagerSucceeded:self
34. remoteURL:paramRemoteURL
35. localURL:[NSURL URLWithString:localURL]
36. aboutToBeReleasedData:paramAboutToBeReleasedData
37. isCachedData:NO];
38. }

   如果下载失败我们需要从缓存字典中移除改缓存项：

1. //缓存项失败失败的委托方法
2. - (void) cacheItemDelegateFailed:(CacheItem *)paramSender
3. remoteURL:(NSURL *)paramRemoteURL
4. withError:(NSError *)paramError{
5. /* 从缓存字典中移除缓存项，并发送一个委托 */
6. if (self.delegate != nil){
7. NSMutableDictionary *dictionary =
8. [self.cacheDictionary
9. objectForKey:[paramRemoteURL absoluteString]];
10. NSString *localURL = [dictionary
11. objectForKey:CachedKeyLocalURL];
12. [self.delegate
13. cachedDownloadManagerFailed:self
14. remoteURL:paramRemoteURL
15. localURL:[NSURL URLWithString:localURL]
16. withError:paramError];
17. }
18. [self.cacheDictionary
19. removeObjectForKey:[paramRemoteURL absoluteString]];
20. }

5、加载缓存字典的时候，我们可以将没有下载完成的文件移除：

1. //初始化缓存字典
2. NSString *documentsDirectory =
3. [self documentsDirectoryWithTrailingSlash:YES];
4. //生产缓存字典的路径
5. cacheDictionaryPath =
6. [[documentsDirectory
7. stringByAppendingString:@"CachedDownloads.dic"] retain];
8. //创建一个NSFileManager实例
9. NSFileManager *fileManager = [[NSFileManager alloc] init];
10. //判断是否存在缓存字典的数据
11. if ([fileManager
12. fileExistsAtPath:self.cacheDictionaryPath] == YES){
13. NSLog(self.cacheDictionaryPath);
14. //加载缓存字典中的数据
15. NSMutableDictionary *dictionary =
16. [[NSMutableDictionary alloc]
17. initWithContentsOfFile:self.cacheDictionaryPath];
18. cacheDictionary = [dictionary mutableCopy];
19. [dictionary release];
20. //移除没有下载完成的缓存数据
21. [self removeCorruptedCachedItems];
22. } else {
23. //创建一个新的缓存字典
24. NSMutableDictionary *dictionary =
25. [[NSMutableDictionary alloc] init];
26. cacheDictionary = [dictionary mutableCopy];
27. [dictionary release];
28. }

这样就基本上完成了我们需要的功能，下面看看我们如何使用我们设计的缓存功能。

例子场景：

我们用一个UIWebView来显示stackoverflow这个网站，我们在这个网站的内容缓存到本地20秒，如果在20秒内用户去请求该网站，则从本地文件中获取内容，否则过了20秒，则重新获取数据，并缓存到本地。

在界面上拖放一个button和一个webview控件，如下图。

这样我们可以很方便使用前面定义好的类。我们在viewDidLoad 中实例化一个CachedDownloadManager，并设置它的委托为self。当下载完成的时候，执行CachedDownloadManager的下载成功的委托方法。

- (void)viewDidLoad {
  [super viewDidLoad];
  [self setTitle:@"本地缓存测试"];
  CachedDownloadManager *newManager = [[CachedDownloadManager alloc] init];
  self.downloadManager = newManager;
  [newManager release];
  [self.downloadManager setDelegate:self];

}

在button的点击事件中加入下面代码，请求stackoverflow ：

  static NSString *url = @"http://stackoverflow.com";

  [self.downloadManager download:url
      urlMustExpireInSeconds:20.0f
    updateExpiryDateIfInCache:YES];

上面的代码表示将这个stackoverflow的缓存事件设置为20s，并且如果在20s内有相同的请求，则从本地获取stackoverflow的内容数据。updateExpiryDateIfInCache设置为yes表示：在此请求的时候，缓存时间又更新为20s，类似我们的session。如果设置成no，则第一次请求20s之后，该缓存就过期。

请求完成之后会执行CachedDownloadManager的委托方法。我们将数据展示在uiwebview中，代码如下：

- (void) cachedDownloadManagerSucceeded:(CachedDownloadManager *)paramSender
                              remoteURL:(NSURL *)paramRemoteURL
                               localURL:(NSURL *)paramLocalURL
                  aboutToBeReleasedData:(NSData *)paramAboutToBeReleasedData
                           isCachedData:(BOOL)paramIsCachedData{  

    [webview loadData:paramAboutToBeReleasedData MIMEType:@"text/html" textEncodingName:@"UTF-8" baseURL:[NSURL URLWithString:@"http://stackoverflow.com"]];
}

这样我们就实现了20s的缓存。

效果：

第一次点击测试按钮：

20s内点击按钮，程序就从本地获取数据，比较快速的就显示出该网页了。

总结：

本文通过代码和实例设计了一个iPhone应用程序本地缓存的方案。当然这个方案不是最好的，如果你有更好的思路，欢迎告诉我。