iOS面试题:SDWebImage原理

SDWebImage

一个为UIImageView提供一个分类来支持远程服务器图片加载的库。

功能简介:

      1、一个添加了web图片加载和缓存管理的UIImageView分类
      2、一个异步图片下载器
      3、一个异步的内存加磁盘综合存储图片并且自动处理过期图片
      4、支持动态gif图
      5、支持webP格式的图片
      6、后台图片解压处理
      7、确保同样的图片url不会下载多次
      8、确保伪造的图片url不会重复尝试下载
      9、确保主线程不会阻塞

工作流程

1、入口 setImageWithURL:placeholderImage:options: 会先把 placeholderImage 显示,然后 SDWebImageManager 根据 URL 开始处理图片。

2、进入 SDWebImageManager-downloadWithURL:delegate:options:userInfo:,交给 SDImageCache 从缓存查找图片是否已经下载 queryDiskCacheForKey:delegate:userInfo:.

3、先从内存图片缓存查找是否有图片,如果内存中已经有图片缓存,SDImageCacheDelegate 回调 imageCache:didFindImage:forKey:userInfo: 到 SDWebImageManager。

4、SDWebImageManagerDelegate 回调 webImageManager:didFinishWithImage: 到 UIImageView+WebCache 等前端展示图片。

5、如果内存缓存中没有,生成 NSInvocationOperation 添加到队列开始从硬盘查找图片是否已经缓存。

6、根据 URLKey 在硬盘缓存目录下尝试读取图片文件。这一步是在 NSOperation 进行的操作,所以回主线程进行结果回调 notifyDelegate:。

7、如果上一操作从硬盘读取到了图片,将图片添加到内存缓存中(如果空闲内存过小,会先清空内存缓存)。SDImageCacheDelegate 回调 imageCache:didFindImage:forKey:userInfo:。进而回调展示图片。

8、如果从硬盘缓存目录读取不到图片,说明所有缓存都不存在该图片,需要下载图片,回调 imageCache:didNotFindImageForKey:userInfo:。

9、共享或重新生成一个下载器 SDWebImageDownloader 开始下载图片。

10、图片下载由 NSURLConnection 来做,实现相关 delegate 来判断图片下载中、下载完成和下载失败。

11、connection:didReceiveData: 中利用 ImageIO 做了按图片下载进度加载效果。connectionDidFinishLoading: 数据下载完成后交给 SDWebImageDecoder 做图片解码处理。

12、图片解码处理在一个 NSOperationQueue 完成,不会拖慢主线程 UI。如果有需要对下载的图片进行二次处理,最好也在这里完成,效率会好很多。

13、在主线程 notifyDelegateOnMainThreadWithInfo: 宣告解码完成,imageDecoder:didFinishDecodingImage:userInfo: 回调给 SDWebImageDownloader。imageDownloader:didFinishWithImage: 回调给 SDWebImageManager 告知图片下载完成。

14、通知所有的 downloadDelegates 下载完成,回调给需要的地方展示图片。将图片保存到 SDImageCache 中,内存缓存和硬盘缓存同时保存。写文件到硬盘也在以单独 NSInvocationOperation 完成,避免拖慢主线程。

15、SDImageCache 在初始化的时候会注册一些消息通知,在内存警告或退到后台的时候清理内存图片缓存,应用结束的时候清理过期图片。

16、SDWI 也提供了 UIButton+WebCache 和 MKAnnotationView+WebCache,方便使用。

17、SDWebImagePrefetcher 可以预先下载图片,方便后续使用。

源码分析

主要用到的对象

一、图片下载

1、 SDWebImageDownloader

  • 1.单例,图片下载器,负责图片异步下载,并对图片加载做了优化处理
  • 2.图片的下载操作放在一个NSOperationQueue并发操作队列中,队列默认最大并发数是6
  • 3.每个图片对应一些回调(下载进度,完成回调等),回调信息会存在downloader的URLCallbacks(一个字典,key是url地址,value是图片下载回调数组)中,URLCallbacks可能被多个线程访问,所以downloader把下载任务放在一个barrierQueue中,并设置屏障保证同一时间只有一个线程访问URLCallbacks。,在创建回调URLCallbacks的block中创建了一个NSOperation并添加到NSOperationQueue中。
  • 4.每个图片下载都是一个operation类,创建后添加到一个队列中,SDWebimage定义了一个协议 SDWebImageOperation作为图片下载操作的基础协议,声明了一个cancel方法,用于取消操作。@protocol SDWebImageOperation <NSObject> -(void)cancel; @end
  • 5.对于图片的下载,SDWebImageDownloaderOperation完全依赖于NSURLConnection类,继承和实现了NSURLConnectionDataDelegate协议的方法
connection:didReceiveResponse:
connection:didReceiveData:
connectionDidFinishLoading:
connection:didFailWithError:
connection:willCacheResponse:
connectionShouldUseCredentialStorage:
-connection:willSendRequestForAuthenticationChalleng
-connection:didReceiveData:方法,接受数据,创建一个CGImageSourceRef对象,在首次获取数据时(图片width,height),图片下载完成之前,使用CGImageSourceRef对象创建一个图片对象,经过缩放、解压操作生成一个UIImage对象供回调使用,同时还有下载进度处理。
注:缩放:SDWebImageCompat中SDScaledImageForKey函数
 解压:SDWebImageDecoder文件中decodedImageWithImage

2、SDWebImageDownloaderOption

  • 1.继承自NSOperation类,没有简单实现main方法,而是采用更加灵活的start方法,以便自己管理下载的状态
  • 2.start方法中创建了下载使用的NSURLConnections对象,开启了图片的下载,并抛出一个下载开始的通知,
  • 3.小结:下载的核心是利用NSURLSession加载数据,每个图片的下载都有一个operation操作来完成,并将这些操作放到一个操作队列中,这样可以实现图片的并发下载。

3、SDWebImageDecoder(异步对图片进行解码)

二、缓存

减少网络流量,下载完图片后存储到本地,下载再获取同一张图片时,直接从本地获取,提升用户体验,能快速从本地获取呈现给用户。

SDWebImage提供了对图片进行了缓存,主要由SDImageCache完成。该类负责处理内存缓存以及一个可选的磁盘缓存,其中磁盘缓存的写操作是异步的,不会对UI造成影响。

1、内存缓存及磁盘缓存

  • 1.内存缓存的处理由NSCache对象实现,NSCache类似一个集合的容器,它存储key-value对,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新能,同时这些对象对于程序来说不是紧要的,如果内存紧张就会自动释放。
  • 2.磁盘缓存的处理使用NSFileManager对象实现,图片存储的位置位于cache文件夹,另外SDImageCache还定义了一个串行队列来异步存储图片。
  • 3.SDImageCache提供了大量方法来缓存、获取、移除及清空图片。对于图片的索引,我们通过一个key来索引,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值作为图片的文件名,对于一个远程下载的图片其url实作为这个key的最佳选择。

2、存储图片

先在内存中放置一份缓存,如果需要缓存到磁盘,将磁盘缓存操作作为一个task放到串行队列中处理,会先检查图片格式是jpeg还是png,将其转换为响应的图片数据,最后吧数据写入磁盘中(文件名是对key值做MD5后的串)

3、查询图片

内存和磁盘查询图片API:

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

查看本地是否存在key指定的图片,使用一下API:

- (NSOperation *)queryDiskCacheForKey:(NSString *)key done:(SDWebImageQueryCompletedBlock)doneBlock;

4、移除图片

移除图片API:

- (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;

5、清理图片(磁盘)

清空磁盘图片可以选择完全清空和部分清空,完全清空就是吧缓存文件夹删除。

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

部分清理 会根据设置的一些参数移除部分文件,主要有两个指标:文件的缓存有效期(maxCacheAge:默认是1周)和最大缓存空间大小(maxCacheSize:如果所有文件大小大于最大值,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哪些过早的文件,知道缓存文件总大小小于最大值),具体代码参考- (void)cleanDiskWithCompletionBlock;

6、小结

SDImageCache处理提供以上API,还提供了获取缓存大小,缓存中图片数量等API,

常用的接口和属性:

(1)-getSize  :获得硬盘缓存的大小

(2)-getDiskCount : 获得硬盘缓存的图片数量

(3)-clearMemory  : 清理所有内存图片

(4)- removeImageForKey:(NSString *)key  系列的方法 : 从内存、硬盘按要求指定清除图片

(5)maxMemoryCost  :  保存在存储器中像素的总和

(6)maxCacheSize  :  最大缓存大小 以字节为单位。默认没有设置,也就是为0,而清理磁盘缓存的先决条件为self.maxCacheSize > 0,所以0表示无限制。

(7)maxCacheAge : 在内存缓存保留的最长时间以秒为单位计算,默认是一周

三、SDWebImageManager

实际使用中并不直接使用SDWebImageDownloader和SDImageCache类对图片进行下载和存储,而是使用SDWebImageManager来管理。包括平常使用UIImageView+WebCache等控件的分类,都是使用SDWebImageManager来处理,该对象内部定义了一个图片下载器(SDWebImageDownloader)和图片缓存(SDImageCache)

@interface SDWebImageManager : NSObject

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

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

...

@end

SDWebImageManager声明了一个delegate属性,其实是一个id<SDWebImageManagerDelegate>对象,代理声明了两个方法

// 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(具体看源码)

SDWebImageManager的几个API:

(1)- (void)cancelAll   : 取消runningOperations中所有的操作,并全部删除

(2)- (BOOL)isRunning  :检查是否有操作在运行,这里的操作指的是下载和缓存组成的组合操作

(3) - downloadImageWithURL:options:progress:completed:   核心方法

(4)- (BOOL)diskImageExistsForURL:(NSURL *)url  :指定url的图片是否进行了磁盘缓存

四、视图扩展

在使用SDWebImage的时候,使用最多的是UIImageView+WebCache中的针对UIImageView的扩展,核心方法是sd_setImageWithURL:placeholderImage:options:progress:completed:, 其使用SDWebImageManager单例对象下载并缓存图片。

除了扩展UIImageView外,SDWebImage还扩展了UIView,UIButton,MKAnnotationView等视图类,具体可以参考源码,除了可以使用扩展的方法下载图片,同时也可以使用SDWebImageManager下载图片。

UIView+WebCacheOperation分类:

把当前view对应的图片操作对象存储起来(通过运行时设置属性),在基类中完成

存储的结构:一个loadOperationKey属性,value是一个字典(字典结构: key:UIImageViewAnimationImages或者UIImageViewImageLoad,value是 operation数组(动态图片)或者对象)

UIButton+WebCache分类

会根据不同的按钮状态,下载的图片根据不同的状态进行设置

imageURLStorageKey:{state:url}

五、技术点

  • 1.dispatch_barrier_sync函数,用于对操作设置顺序,确保在执行完任务后再确保后续操作。常用于确保线程安全性操作
  • 2.NSMutableURLRequest:用于创建一个网络请求对象,可以根据需要来配置请求报头等信息
  • 3.NSOperation及NSOperationQueue:操作队列是OC中一种告诫的并发处理方法,基于GCD实现,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容易一些,对SDWebImage中我们看到如何使用依赖将下载顺序设置成后进先出的顺序
  • 4.NSURLSession:用于网络请求及相应处理
  • 5.开启后台任务
  • 6.NSCache类:一个类似于集合的容器,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
  • 7.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。
  • 8.图片解压操作:这一操作可以查看SDWebImageDecoder.m中+decodedImageWithImage方法的实现。
  • 9.对GIF图片的处理
  • 10.对WebP图片的处理。

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