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Android开发笔记(七十七)图片缓存算法

ImageCache

由于手机流量有限,又要加快app的运行效率,因此好的app都有做图片缓存。图片缓存说起来简单,做起来就用到很多知识点,可算是集Android技术之大全了。只要理解图片缓存的算法,并加以实践把它做好,我觉得差不多可以懂半个Android的开发。

缓存策略

图片缓存一般分为三级,分别是内存、磁盘文件与网络图片。正常情况下,app会先到内存寻找图片,如果有找到,则直接显示内存中的图片。如果内存没找到,再到磁盘寻找,如果有找到,则读取磁盘图片并显示。如果磁盘也没找到,就得根据uri去网络下载图片,下载成功后显示图片。经过三级的缓存,即使网速很慢或者断网,app也能迅速加载部分图片,从而提高了用户体验。 内存缓存的数据结构可使用映射表HashMap,通过唯一的uri来定位图像的Bitmap对象;排队算法一般采用先进先出FIFO策略,考虑到FIFO需要对队列两端做操作,从队列顶端移除溢出的图像,把新增的图像加到队列末端,所以排队的缓存采用双端队列LinkedList。映射表和双端队列的介绍参见《Android开发笔记(二十六)Java的容器类》,另外,为防止并发操作双端队列,引起不必要的资源冲突,在声明相关方法时要加上synchronized关键字。 磁盘操作分两块,一块是创建图片文件的缓存目录,首先检查缓存目录是否存在,不存在则先创建目录;其次根据哈希值检查图片文件是否存在,存在则读取图像,不存在则跳到网络处理;目录与文件的介绍参见《Android开发笔记(三十二)文件基础操作》。另一块是从文件中读写Bitmap对象,图片文件的读写操作参见《Android开发笔记(三十三)文本文件和图片文件的读写》。

下载策略

图片在内存和磁盘都找不到,那只好到网络上获取图片了。根据http地址获取图片,采用的是GET方式,具体编码参见《Android开发笔记(六十三)HTTP访问的通信方式》。 由于访问网络属于异步操作,不能在主线程中直接处理,因此必须另外开线程,沟通异步方式的Handler介绍参见《Android开发笔记(四十八)Thread类实现多线程》。另外,考虑到图片缓存可能同时访问多张图片,所以为提高效率要引入线程池,由线程池对象统一管理图片下载任务,线程池的介绍参见《Android开发笔记(七十六)线程池管理》。

显示策略及相关优化

历经千辛万苦,终于把图片从三级缓存中找出来了,现在要在ImageView控件上显示图片,通常会使用淡入淡出动画效果,不至于很突兀,淡入淡出动画的用法参见《Android开发笔记(十五)淡入淡出动画》。这里注意,如果内存中已经存在该图像,则无需淡入淡出动画;只有从网络上获取图片,这种需要用户等待的情况,才需要淡入淡出效果。 另外,为提高用户体验,经常在图片加载之前,就在原图位置先放一张占位图片;如果图片加载失败,也在原图位置提示错误图片或者默认图片;这些占位图片和错误图片可在配置缓存信息时进行设置。 图片缓存在提高性能的同时,不要忘记预防内存泄漏。因为Handler对象和Bitmap对象都存在内存泄漏的风险,所以我们要及时释放Handler对象的引用,并及时回收Bitmap对象的数据,具体优化处理参见《Android开发笔记(七十五)内存泄漏的处理》。

代码示例

下面是图片缓存的一个简单实现代码例子:

import java.io.File;
import java.lang.ref.WeakReference;
import java.util.HashMap;
import java.util.LinkedList;
import java.util.Map;
import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ThreadPoolExecutor;

import android.app.Activity;
import android.content.Context;
import android.graphics.Bitmap;
import android.os.Environment;
import android.os.Handler;
import android.os.Message;
import android.util.Log;
import android.view.animation.AlphaAnimation;
import android.widget.ImageView;

public class ImageCache {
	private final static String TAG = "ImageCache";
	//内存中的图片缓存
	private HashMap<String, Bitmap> mImageMap = new HashMap<String, Bitmap>();
	//uri与视图控件的映射关系
	private HashMap<String, ImageView> mViewMap = new HashMap<String, ImageView>();
	//缓存队列,采用FIFO先进先出策略,需操作队列首尾两端,故采用双端队列
	private LinkedList<String> mUriList = new LinkedList<String>();
	
	private ImageCacheConfig mConfig;
	private String mDir = "";
	private ThreadPoolExecutor mPool;
	private static Handler mMyHandler;
	
	private static ImageCache mCache = null;
	private static Context mContext;
	
	public static ImageCache getInstance(Context context) {
		if (mCache == null) {
			mCache = new ImageCache();
			mCache.mContext = context;
		}
		return mCache;
	}
	
	public ImageCache initConfig(ImageCacheConfig config) {
		mCache.mConfig = config;
		mCache.mDir = mCache.mConfig.mDir;
		if (mCache.mDir==null || mCache.mDir.length()<=0) {
			mCache.mDir = Environment.getExternalStorageDirectory() + "/image_cache";
		}
		Log.d(TAG, "mDir="+mCache.mDir);
		//若目录不存在,则先创建新目录
		File dir = new File(mCache.mDir);
		if (dir.exists() != true) {
			dir.mkdirs();
		}
		mCache.mPool = (ThreadPoolExecutor) Executors.newFixedThreadPool(mCache.mConfig.mThreadCount);
		mCache.mMyHandler = new MyHandler((Activity)mCache.mContext);
		return mCache;
	}
	
	public void show(String uri, ImageView iv) {
		if (mConfig.mBeginImage != 0) {
			iv.setImageResource(mConfig.mBeginImage);
		}
		mViewMap.put(uri, iv);
		if (mImageMap.containsKey(uri) == true) {
			mCache.render(uri, mImageMap.get(uri));
		} else {
			String path = getFilePath(uri);
			if ((new File(path)).exists() == true) {
				Bitmap bitmap = ImageUtil.openBitmap(path);
				if (bitmap != null) {
					mCache.render(uri, bitmap);
				} else {
					mPool.execute(new MyRunnable(uri));
				}
			} else {
				mPool.execute(new MyRunnable(uri));
			}
		}
	}
	
	private String getFilePath(String uri) {
		String file_path = String.format("%s/%d.jpg", mDir, uri.hashCode());
		return file_path;
	}
	
	private static class MyHandler extends Handler {
		public static WeakReference<Activity> mActivity;

		public MyHandler(Activity activity) {
			mActivity = new WeakReference<Activity>(activity);
		}

		@Override
		public void handleMessage(Message msg) {
			Activity act = mActivity.get();
			if (act != null) {
				ImageData data = (ImageData) (msg.obj);
				if (data!=null && data.bitmap!=null) {
					mCache.render(data.uri, data.bitmap);
				} else {
					mCache.showError(data.uri);
				}
			}
		}
	}

	private class MyRunnable implements Runnable {
		private String mUri;
		public MyRunnable(String uri) {
			mUri = uri;
		}
		
		@Override
		public void run() {
			Activity act = MyHandler.mActivity.get();
			if (act != null) {
				Bitmap bitmap = ImageHttp.getImage(mUri);
				if (bitmap != null) {
					if (mConfig.mSize != null) {
						bitmap = Bitmap.createScaledBitmap(bitmap, mConfig.mSize.x, mConfig.mSize.y, false);
					}
					ImageUtil.saveBitmap(getFilePath(mUri), bitmap);
				}
				ImageData data = new ImageData(mUri, bitmap);
				Message msg = mMyHandler.obtainMessage();
				msg.obj = data;
				mMyHandler.sendMessage(msg);
			}
		}
	};

	private void render(String uri, Bitmap bitmap) {
		ImageView iv = mViewMap.get(uri);
		if (mConfig.mFadeInterval <= 0) {
			iv.setImageBitmap(bitmap);
		} else {
			//内存中已有图片的就直接显示,不再展示淡入淡出动画
			if (mImageMap.containsKey(uri) == true) {
				iv.setImageBitmap(bitmap);
			} else {
				iv.setAlpha(0.0f);
				AlphaAnimation alphaAnimation = new AlphaAnimation(0.0f, 1.0f);
				alphaAnimation.setDuration(mConfig.mFadeInterval);
				alphaAnimation.setFillAfter(true);
				iv.setImageBitmap(bitmap);
				iv.setAlpha(1.0f);
				iv.setAnimation(alphaAnimation);
				alphaAnimation.start();
				mCache.refreshList(uri, bitmap);
			}
		}
	}
	
	private synchronized void refreshList(String uri, Bitmap bitmap) {
		if (mUriList.size() >= mConfig.mMemoryFileCount) {
			String out_uri = mUriList.pollFirst();
			mImageMap.remove(out_uri);
		}
		mImageMap.put(uri, bitmap);
		mUriList.addLast(uri);
	}
	
	private void showError(String uri) {
		ImageView iv = mViewMap.get(uri);
		if (mConfig.mErrorImage != 0) {
			iv.setImageResource(mConfig.mErrorImage);
		}
	}
	
	public void clear() {
		for (Map.Entry<String, Bitmap> item_map : mImageMap.entrySet()) {
			Bitmap bitmap = item_map.getValue();
			bitmap.recycle();
		}
		mCache = null;
	}

}

下面是该缓存的调用代码示例:

			ImageCacheConfig config = new ImageCacheConfig.Builder()
				.setBeginImage(R.drawable.bliss)
				.setErrorImage(R.drawable.error)
				.setFadeInterval(2000)
				.build();
			ImageCache.getInstance(this).initConfig(config).show(file, iv_hello);

picasso

picasso是Square公司开源的一个Android图片缓存库,使用相对简单,一般只需一句代码即可下载图片并显示到视图。

Picasso

Picasso是主要的处理类,常用方法如下: with : 静态方法。初始化一个默认实例。 setSingletonInstance : 静态方法。指定已设置好的实例。 setIndicatorsEnabled : 设置标志是否可用。其实就是开发模式,会在图片左上角显示三角标志,绿色表示图片取自内存,蓝色表示取自磁盘,红色表示取自网络。 setLoggingEnabled : 设置日志是否可用。 load : 从指定位置加载图片。该方法返回一个RequestCreator对象,供后续处理使用。 cancelRequest : 取消指定控件的图片加载请求。 shutdown : 关闭Picasso。

RequestCreator

RequestCreator对象来源于Picasso的load方法,主要处理图片的展示操作,常用方法如下: placeholder : 指定图片加载前的占位图片。 error : 指定图片加载失败的占位图片。 resize : 指定图片缩放的尺寸。 centerCrop : 指定图片居中时裁剪。 centerInside : 指定图片在内部居中。 rotate : 指定图片的旋转角度。 config : 指定图片的色彩模式。 noFade : 指定不显示淡入淡出动画。默认有显示动画。 into : 指定图片显示的控件。

设置缓存目录

picasso除了能加载网络图片,还能加载资源图片(包括assets和drawable)。另外,若想自定义picasso的图片缓存目录,可按如下方式进行设置:

	private void setImageCacheDir() {
		String imageCacheDir = Environment.getExternalStorageDirectory() + "/picasso_image";
		tv_hello.setText(imageCacheDir);
		Picasso picasso = new Picasso.Builder(this).downloader(
				new OkHttpDownloader(new File(imageCacheDir))).build();
		Picasso.setSingletonInstance(picasso);
	}

需要注意的是,picasso依赖于okhttp,而okhttp又依赖于okio,所以若想使用picasso的全部功能(比如自定义缓存目录时用到OkHttpDownloader),需要同时导入picasso、okhttp、okio三个jar包。

代码示例

下面是picasso几个常用场景下的代码例子:

//简单加载
Picasso.with(this).load(url).into(iv_hello);
//缩放加载
Picasso.with(this).load(url).resize(512, 384).centerCrop().into(iv_hello);
//占位加载
Picasso.with(this).load(url).placeholder(R.drawable.bliss).error(R.drawable.error).into(iv_hello);

Universal-Image-Loader

Universal-Image-Loader是个广泛应用的图片加载框架,它的功能比Picasso更丰富,当然用起来也会复杂一些。

ImageLoader

Universal把缓存图片分为两个过程:Load加载、Display显示。加载信息由ImageLoaderConfiguration类处理,显示信息由DisplayImageOptions类处理,最后再由ImageLoader统一设置和显示。ImageLoader的常用方法如下: getInstance : 静态方法。获取ImageLoader的实例。 init : 初始化加载信息。 displayImage : 在指定控件ImageView上显示图片,同时指定显示信息。 cancelDisplayTask : 取消指定控件上的图片显示任务。 loadImage : 在指定控件ImageView上加载图片,可设置图片加载的监听器(包括开始加载onLoadingStarted、取消加载onLoadingCancelled、加载完成onLoadingComplete、加载失败onLoadingFailed四个方法)。

ImageLoaderConfiguration

加载信息的设置采用了建造者模式,主要指定线程、内存、磁盘的相关处理,详细的方法使用举例如下:

        File imageCacheDir = new File(Environment.getExternalStorageDirectory() + "/universal_image");
        ImageLoaderConfiguration config = new ImageLoaderConfiguration  
			    .Builder(this)
			    .threadPoolSize(3) //线程池内加载的数量  
			    .threadPriority(Thread.NORM_PRIORITY - 2) //设置当前线程的优先级
			    .denyCacheImageMultipleSizesInMemory() //拒绝缓存同一图片的多个尺寸版本
//			    .taskExecutor(new Executor() {
//					@Override
//					public void execute(Runnable command) {
//					}
//			    })  //设置图片加载的任务,如无必要不必重写
//			    .taskExecutorForCachedImages(new Executor() {
//					@Override
//					public void execute(Runnable command) {
//					}
//			    })  //设置已缓存的图片的加载任务,如无必要不必重写
			    .tasksProcessingOrder(QueueProcessingType.FIFO) //队列的排队算法,默认FIFO。FIFO表示先进先出,LIFO表示后进先出
			    .memoryCache(new UsingFreqLimitedMemoryCache(2 * 1024 * 1024)) //你可以通过自己的内存缓存实现  
			    .memoryCacheSize(2 * 1024 * 1024) //使用的内存大小
			    .memoryCacheSizePercentage(13) //使用的内存百分比
			    .memoryCacheExtraOptions(480, 800) //设置内存中图片的长宽 
			    .diskCache(new UnlimitedDiskCache(imageCacheDir)) //自定义磁盘的路径
			    .diskCacheSize(50 * 1024 * 1024) //使用的磁盘大小
			    .diskCacheFileCount(100) //磁盘的文件数量上限
			    .diskCacheFileNameGenerator(new Md5FileNameGenerator())//设置磁盘文件名的命名模式,默认哈希。HashCodeFileNameGenerator表示采用哈希算法,Md5FileNameGenerator表示采用MD5算法
			    .diskCacheExtraOptions(480, 800, new BitmapProcessor() {
					@Override
					public Bitmap process(Bitmap bitmap) {
						ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();
						bitmap.compress(Bitmap.CompressFormat.JPEG, 80, baos);
						ByteArrayInputStream bais = new ByteArrayInputStream(baos.toByteArray());
						return BitmapFactory.decodeStream(bais, null, null);
					}} ) //设置磁盘中图片的长宽,需自定义压缩倍率
			    .defaultDisplayImageOptions(DisplayImageOptions.createSimple()) //显示图片的选项,默认createSimple
			    .imageDownloader(new BaseImageDownloader(this, 5 * 1000, 30 * 1000)) //下载图片的超时设置,默认连接超时5秒,读取超时20秒。第二个参数表示连接超时,第三个参数表示读取超时
			    .imageDecoder(new BaseImageDecoder(false)) //对图片解码,如需缩放或旋转可在此处理
			    .writeDebugLogs() //打印调试日志。上线时需要去掉该方法
			    .build(); //开始构建配置

DisplayImageOptions

显示信息主要指定显示模式与占位图片,可用于ImageLoader的displayImage和loadImage方法,以及ImageLoaderConfiguration的defaultDisplayImageOptions方法。详细的方法使用举例如下:

		DisplayImageOptions options = new DisplayImageOptions.Builder()
			.cacheInMemory(true) //设置是否在内存中缓存,默认为false
			.cacheOnDisk(true) //设置是否在磁盘中缓存,默认为false
			.resetViewBeforeLoading(false) //设置是否在加载前重置视图,默认为false
			.displayer(new FadeInBitmapDisplayer(3000))  //设置淡入淡出的时间间隔
			.imageScaleType(ImageScaleType.EXACTLY)  //设置缩放类型
			.bitmapConfig(Bitmap.Config.ARGB_8888) //设置图像的色彩模式
			.showImageOnLoading(R.drawable.bliss) //设置图片在下载期间显示的图片
			.showImageForEmptyUri(R.drawable.error)//设置图片Uri为空或是错误的时候显示的图片  
			.showImageOnFail(R.drawable.error)  //设置图片加载/解码过程中错误时候显示的图片
			.build(); //开始构建配置

加载资源图片

除了加载网络图片,Universal也支持加载资源类图片,包括ContentProvider、assets和drawable三种资源图片。具体方法如下: 1、加载ContentProvider图片

String contentUrl = "content://media/external/audio/albumart/13";

2、加载assets图片

String assetsUrl = Scheme.ASSETS.wrap("image.png");  

3、加载drawable图片

String drawableUrl = Scheme.DRAWABLE.wrap(""+R.drawable.image);

特别注意drawable的加载方式,网上很多人转的都是Scheme.DRAWABLE.wrap("R.drawable.image"),但这种写法是有问题的,运行的时候会报错“java.lang.NumberFormatException: Invalid int: "R.drawable.image"”。看来学习光看是不行的,人云亦云最容易犯错,还是自己动手跑跑看,才知道这样做行不行。

代码示例

下面是Universal-Image-Loader几个常用场景下的代码例子:

			//简单加载
			ImageLoaderConfiguration config = new ImageLoaderConfiguration.Builder(this).build();
			mLoader.init(config);
			DisplayImageOptions options = new DisplayImageOptions.Builder()
				.displayer(new FadeInBitmapDisplayer(3000))  //设置淡入淡出的时间间隔
				.build();
			mLoader.displayImage(url, iv_hello, options);
			//带监听器的加载
			ImageLoaderConfiguration config = new ImageLoaderConfiguration.Builder(this).build();
			mLoader.init(config);
			ImageSize size = new ImageSize(512, 384);
			mLoader.loadImage(url, size, new SimpleImageLoadingListener(){
				@Override
				public void onLoadingComplete(String imageUri, View view, Bitmap loadedImage) {
					super.onLoadingComplete(imageUri, view, loadedImage);
					iv_hello.setImageBitmap(loadedImage);
				}
			});

点击下载本文用到的图片缓存算法的工程代码 点此查看Android开发笔记的完整目录

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