AndroidDiskLruCache源码解析硬盘缓存的绝佳方案
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http://blog.csdn.net/lmj623565791/article/details/47251585；
本文出自:【张鸿洋的博客】
一、概述
依旧是整理东西，所以近期的博客涉及的东西可能会比较老一点，会分析一些经典的框架，我觉得可能也是每个优秀的开发者必须掌握的东西；那么对于Disk Cache，DiskLruCache可以算佼佼者了，所以我们就来分析下其源码实现。
对于该库的使用，推荐老郭的blog Android DiskLruCache完全解析，硬盘缓存的最佳方案
如果你不是很了解用法，那么注意下面的几点描述，不然直接看源码分析可能雨里雾里的。
- 首先，这个框架会涉及到一个文件，叫做journal，这个文件中会存储每次读取操作的记录；
- 对于获取一个DiskLruCache，是这样的：
DiskLruCache.open(directory, appVersion, valueCount, maxSize) ; - 关于存一般是这么使用的：
String key = generateKey(url); DiskLruCache.Editor editor = mDiskLruCache.edit(key); OuputStream os = editor.newOutputStream(0);因为每个实体都是个文件，所以你可以认为这个os指向一个文件的FileOutputStream，然后把你想存的东西写入就行了，写完以后记得调用:
editor.commit()。 - 关于取一般是这样的：
DiskLruCache.Snapshot snapShot = mDiskLruCache.get(key); if (snapShot != null) { InputStream is = snapShot.getInputStream(0); }还是那句，因为每个实体都是文件，所以你返回的is是个FileInputStream，你可以利用is读取出里面的内容，然后do what you want .
好了，关于Cache最主要就是存取了，了解这几点，就可以往下去看源码分析了。
还记得第一点说的journal文件么，首先就是它了。
二、journal文件
journal文件你打开以后呢，是这个格式；
libcore.io.DiskLruCache
1
1
1
DIRTY c3bac86f2e7a291a1a200b853835b664
CLEAN c3bac86f2e7a291a1a200b853835b664 4698
READ c3bac86f2e7a291a1a200b853835b664
DIRTY c59f9eec4b616dc6682c7fa8bd1e061f
CLEAN c59f9eec4b616dc6682c7fa8bd1e061f 4698
READ c59f9eec4b616dc6682c7fa8bd1e061f
DIRTY be8bdac81c12a08e15988555d85dfd2b
CLEAN be8bdac81c12a08e15988555d85dfd2b 99
READ be8bdac81c12a08e15988555d85dfd2b
DIRTY 536788f4dbdffeecfbb8f350a941eea3
REMOVE 536788f4dbdffeecfbb8f350a941eea3
首先看前五行：
- 第一行固定字符串
libcore.io.DiskLruCache - 第二行DiskLruCache的版本号，源码中为常量1
- 第三行为你的app的版本号，当然这个是你自己传入指定的
- 第四行指每个key对应几个文件，一般为1
- 第五行，空行
ok，以上5行可以称为该文件的文件头，DiskLruCache初始化的时候，如果该文件存在需要校验该文件头。
接下来的行，可以认为是操作记录。
- DIRTY 表示一个entry正在被写入（其实就是把文件的OutputStream交给你了）。那么写入分两种情况，如果成功会紧接着写入一行CLEAN的记录；如果失败，会增加一行REMOVE记录。
- REMOVE除了上述的情况呢，当你自己手动调用remove(key)方法的时候也会写入一条REMOVE记录。
- READ就是说明有一次读取的记录。
- 每个CLEAN的后面还记录了文件的长度，注意可能会一个key对应多个文件，那么就会有多个数字（参照文件头第四行）。
从这里看出，只有CLEAN且没有REMOVE的记录，才是真正可用的Cache Entry记录。
分析完journal文件，首先看看DiskLruCache的创建的代码。
三、DiskLruCache#open
public static DiskLruCache open(File directory, int appVersion, int valueCount, long maxSize)
throws IOException {
// If a bkp file exists, use it instead.
File backupFile = new File(directory, JOURNAL_FILE_BACKUP);
if (backupFile.exists()) {
File journalFile = new File(directory, JOURNAL_FILE);
// If journal file also exists just delete backup file.
if (journalFile.exists()) {
backupFile.delete();
} else {
renameTo(backupFile, journalFile, false);
}
}
// Prefer to pick up where we left off.
DiskLruCache cache = new DiskLruCache(directory, appVersion, valueCount, maxSize);
if (cache.journalFile.exists()) {
try {
cache.readJournal();
cache.processJournal();
return cache;
} catch (IOException journalIsCorrupt) {
System.out
.println("DiskLruCache "
+ directory
+ " is corrupt: "
+ journalIsCorrupt.getMessage()
+ ", removing");
cache.delete();
}
}
// Create a new empty cache.
directory.mkdirs();
cache = new DiskLruCache(directory, appVersion, valueCount, maxSize);
cache.rebuildJournal();
return cache;
}
首先检查存不存在journal.bkp（journal的备份文件）
如果存在：然后检查journal文件是否存在，如果正主在，bkp文件就可以删除了。
如果不存在，将bkp文件重命名为journal文件。
接下里判断journal文件是否存在：
- 如果不存在
创建directory；重新构造disklrucache；调用rebuildJournal建立journal文件
/** * Creates a new journal that omits redundant information. This replaces the * current journal if it exists. */ private synchronized void rebuildJournal() throws IOException { if (journalWriter != null) { journalWriter.close(); } Writer writer = new BufferedWriter( new OutputStreamWriter(new FileOutputStream(journalFileTmp), Util.US_ASCII)); try { writer.write(MAGIC); writer.write("\n"); writer.write(VERSION_1); writer.write("\n"); writer.write(Integer.toString(appVersion)); writer.write("\n"); writer.write(Integer.toString(valueCount)); writer.write("\n"); writer.write("\n"); for (Entry entry : lruEntries.values()) { if (entry.currentEditor != null) { writer.write(DIRTY + ‘ ‘ + entry.key + ‘\n‘); } else { writer.write(CLEAN + ‘ ‘ + entry.key + entry.getLengths() + ‘\n‘); } } } finally { writer.close(); } if (journalFile.exists()) { renameTo(journalFile, journalFileBackup, true); } renameTo(journalFileTmp, journalFile, false); journalFileBackup.delete(); journalWriter = new BufferedWriter( new OutputStreamWriter(new FileOutputStream(journalFile, true), Util.US_ASCII)); }可以看到首先构建一个journal.tmp文件，然后写入文件头（5行），然后遍历lruEntries（
lruEntries =new LinkedHashMap<String, Entry>(0, 0.75f, true);），当然我们这里没有任何数据。接下来将tmp文件重命名为journal文件。
- 如果存在
如果已经存在，那么调用
readJournal。private void readJournal() throws IOException { StrictLineReader reader = new StrictLineReader(new FileInputStream(journalFile), Util.US_ASCII); try { String magic = reader.readLine(); String version = reader.readLine(); String appVersionString = reader.readLine(); String valueCountString = reader.readLine(); String blank = reader.readLine(); if (!MAGIC.equals(magic) || !VERSION_1.equals(version) || !Integer.toString(appVersion).equals(appVersionString) || !Integer.toString(valueCount).equals(valueCountString) || !"".equals(blank)) { throw new IOException("unexpected journal header: [" + magic + ", " + version + ", " + valueCountString + ", " + blank + "]"); } int lineCount = 0; while (true) { try { readJournalLine(reader.readLine()); lineCount++; } catch (EOFException endOfJournal) { break; } } redundantOpCount = lineCount - lruEntries.size(); // If we ended on a truncated line, rebuild the journal before appending to it. if (reader.hasUnterminatedLine()) { rebuildJournal(); } else { journalWriter = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter( new FileOutputStream(journalFile, true), Util.US_ASCII)); } } finally { Util.closeQuietly(reader); } }首先校验文件头，接下来调用
readJournalLine按行读取内容。我们来看看readJournalLine中的操作。private void readJournalLine(String line) throws IOException { int firstSpace = line.indexOf(‘ ‘); if (firstSpace == -1) { throw new IOException("unexpected journal line: " + line); } int keyBegin = firstSpace + 1; int secondSpace = line.indexOf(‘ ‘, keyBegin); final String key; if (secondSpace == -1) { key = line.substring(keyBegin); if (firstSpace == REMOVE.length() && line.startsWith(REMOVE)) { lruEntries.remove(key); return; } } else { key = line.substring(keyBegin, secondSpace); } Entry entry = lruEntries.get(key); if (entry == null) { entry = new Entry(key); lruEntries.put(key, entry); } if (secondSpace != -1 && firstSpace == CLEAN.length() && line.startsWith(CLEAN)) { String[] parts = line.substring(secondSpace + 1).split(" "); entry.readable = true; entry.currentEditor = null; entry.setLengths(parts); } else if (secondSpace == -1 && firstSpace == DIRTY.length() && line.startsWith(DIRTY)) { entry.currentEditor = new Editor(entry); } else if (secondSpace == -1 && firstSpace == READ.length() && line.startsWith(READ)) { // This work was already done by calling lruEntries.get(). } else { throw new IOException("unexpected journal line: " + line); } }大家可以回忆下：每个记录至少有一个空格，有的包含两个空格。首先，拿到key，如果是REMOVE的记录呢，会调用
lruEntries.remove(key);如果不是REMOVE记录，继续往下，如果该key没有加入到lruEntries，则创建并且加入。
接下来，如果是CLEAN开头的合法记录，初始化entry，设置readable=true,currentEditor为null，初始化长度等。
如果是DIRTY，设置currentEditor对象。
如果是READ，那么直接不管。
ok，经过上面这个过程，大家回忆下我们的记录格式，一般DIRTY不会单独出现，会和REMOVE、CLEAN成对出现（正常操作）；也就是说，经过上面这个流程，基本上加入到lruEntries里面的只有CLEAN且没有被REMOVE的key。
好了，回到readJournal方法，在我们按行读取的时候，会记录一下lineCount，然后最后给redundantOpCount赋值，这个变量记录的应该是没用的记录条数（文件的行数-真正可以的key的行数）。
最后，如果读取过程中发现journal文件有问题，则重建journal文件。没有问题的话，初始化下journalWriter，关闭reader。
readJournal完成了，会继续调用processJournal()这个方法内部：private void processJournal() throws IOException { deleteIfExists(journalFileTmp); for (Iterator<Entry> i = lruEntries.values().iterator(); i.hasNext(); ) { Entry entry = i.next(); if (entry.currentEditor == null) { for (int t = 0; t < valueCount; t++) { size += entry.lengths[t]; } } else { entry.currentEditor = null; for (int t = 0; t < valueCount; t++) { deleteIfExists(entry.getCleanFile(t)); deleteIfExists(entry.getDirtyFile(t)); } i.remove(); } } }统计所有可用的cache占据的容量，赋值给size；对于所有非法DIRTY状态（就是DIRTY单独出现的）的entry，如果存在文件则删除，并且从lruEntries中移除。此时，剩的就真的只有CLEAN状态的key记录了。
ok，到此就初始化完毕了，太长了，根本记不住，我带大家总结下上面代码。
根据我们传入的dir，去找journal文件，如果找不到，则创建个，只写入文件头(5行)。
如果找到，则遍历该文件，将里面所有的CLEAN记录的key，存到lruEntries中。
这么长的代码，其实就两句话的意思。经过open以后，journal文件肯定存在了；lruEntries里面肯定有值了；size存储了当前所有的实体占据的容量；。
四、存入缓存
还记得，我们前面说过是怎么存的么？
String key = generateKey(url);
DiskLruCache.Editor editor = mDiskLruCache.edit(key);
OuputStream os = editor.newOutputStream(0);
//...after op
editor.commit()；那么首先就是editor方法；
/**
* Returns an editor for the entry named {@code key}, or null if another
* edit is in progress.
*/
public Editor edit(String key) throws IOException {
return edit(key, ANY_SEQUENCE_NUMBER);
}
private synchronized Editor edit(String key, long expectedSequenceNumber) throws IOException {
checkNotClosed();
validateKey(key);
Entry entry = lruEntries.get(key);
if (expectedSequenceNumber != ANY_SEQUENCE_NUMBER && (entry == null
|| entry.sequenceNumber != expectedSequenceNumber)) {
return null; // Snapshot is stale.
}
if (entry == null) {
entry = new Entry(key);
lruEntries.put(key, entry);
} else if (entry.currentEditor != null) {
return null; // Another edit is in progress.
}
Editor editor = new Editor(entry);
entry.currentEditor = editor;
// Flush the journal before creating files to prevent file leaks.
journalWriter.write(DIRTY + ‘ ‘ + key + ‘\n‘);
journalWriter.flush();
return editor;
}首先验证key，可以必须是字母、数字、下划线、横线（-）组成，且长度在1-120之间。
然后通过key获取实体，因为我们是存，只要不是正在编辑这个实体，理论上都能返回一个合法的editor对象。
所以接下来判断，如果不存在，则创建一个Entry加入到lruEntries中（如果存在，直接使用），然后为entry.currentEditor进行赋值为new Editor(entry);，最后在journal文件中写入一条DIRTY记录，代表这个文件正在被操作。
注意，如果entry.currentEditor != null不为null的时候，意味着该实体正在被编辑，会retrun null ;
拿到editor对象以后，就是去调用newOutputStream去获得一个文件输入流了。
/**
* Returns a new unbuffered output stream to write the value at
* {@code index}. If the underlying output stream encounters errors
* when writing to the filesystem, this edit will be aborted when
* {@link #commit} is called. The returned output stream does not throw
* IOExceptions.
*/
public OutputStream newOutputStream(int index) throws IOException {
if (index < 0 || index >= valueCount) {
throw new IllegalArgumentException("Expected index " + index + " to "
+ "be greater than 0 and less than the maximum value count "
+ "of " + valueCount);
}
synchronized (DiskLruCache.this) {
if (entry.currentEditor != this) {
throw new IllegalStateException();
}
if (!entry.readable) {
written[index] = true;
}
File dirtyFile = entry.getDirtyFile(index);
FileOutputStream outputStream;
try {
outputStream = new FileOutputStream(dirtyFile);
} catch (FileNotFoundException e) {
// Attempt to recreate the cache directory.
directory.mkdirs();
try {
outputStream = new FileOutputStream(dirtyFile);
} catch (FileNotFoundException e2) {
// We are unable to recover. Silently eat the writes.
return NULL_OUTPUT_STREAM;
}
}
return new FaultHidingOutputStream(outputStream);
}
}
首先校验index是否在valueCount范围内，一般我们使用都是一个key对应一个文件所以传入的基本都是0。接下来就是通过entry.getDirtyFile(index);拿到一个dirty File对象，为什么叫dirty file呢，其实就是个中转文件，文件格式为key.index.tmp。
将这个文件的FileOutputStream通过FaultHidingOutputStream封装下传给我们。
最后，别忘了我们通过os写入数据以后，需要调用commit方法。
public void commit() throws IOException {
if (hasErrors) {
completeEdit(this, false);
remove(entry.key); // The previous entry is stale.
} else {
completeEdit(this, true);
}
committed = true;
}首先通过hasErrors判断，是否有错误发生，如果有调用completeEdit(this, false)且调用remove(entry.key);。如果没有就调用completeEdit(this, true);。
那么这里这个hasErrors哪来的呢？还记得上面newOutputStream的时候，返回了一个os，这个os是FileOutputStream，但是经过了FaultHidingOutputStream封装么，这个类实际上就是重写了FilterOutputStream的write相关方法，将所有的IOException给屏蔽了，如果发生IOException就将hasErrors赋值为true.
这样的设计还是很nice的，否则直接将OutputStream返回给用户，如果出错没法检测，还需要用户手动去调用一些操作。
接下来看completeEdit方法。
private synchronized void completeEdit(Editor editor, boolean success) throws IOException {
Entry entry = editor.entry;
if (entry.currentEditor != editor) {
throw new IllegalStateException();
}
// If this edit is creating the entry for the first time, every index must have a value.
if (success && !entry.readable) {
for (int i = 0; i < valueCount; i++) {
if (!editor.written[i]) {
editor.abort();
throw new IllegalStateException("Newly created entry didn‘t create value for index " + i);
}
if (!entry.getDirtyFile(i).exists()) {
editor.abort();
return;
}
}
}
for (int i = 0; i < valueCount; i++) {
File dirty = entry.getDirtyFile(i);
if (success) {
if (dirty.exists()) {
File clean = entry.getCleanFile(i);
dirty.renameTo(clean);
long oldLength = entry.lengths[i];
long newLength = clean.length();
entry.lengths[i] = newLength;
size = size - oldLength + newLength;
}
} else {
deleteIfExists(dirty);
}
}
redundantOpCount++;
entry.currentEditor = null;
if (entry.readable | success) {
entry.readable = true;
journalWriter.write(CLEAN + ‘ ‘ + entry.key + entry.getLengths() + ‘\n‘);
if (success) {
entry.sequenceNumber = nextSequenceNumber++;
}
} else {
lruEntries.remove(entry.key);
journalWriter.write(REMOVE + ‘ ‘ + entry.key + ‘\n‘);
}
journalWriter.flush();
if (size > maxSize || journalRebuildRequired()) {
executorService.submit(cleanupCallable);
}
}首先判断if (success && !entry.readable)是否成功，且是第一次写入（如果以前这个记录有值，则readable=true），内部的判断，我们都不会走，因为written[i]在newOutputStream的时候被写入true了。而且正常情况下，getDirtyFile是存在的。
接下来，如果成功，将dirtyFile 进行重命名为 cleanFile，文件名为：key.index。然后刷新size的长度。如果失败，则删除dirtyFile.
接下来，如果成功或者readable为true，将readable设置为true，写入一条CLEAN记录。如果第一次提交且失败，那么就会从lruEntries.remove(key)，写入一条REMOVE记录。
写入缓存，肯定要控制下size。于是最后，判断是否超过了最大size，或者需要重建journal文件，什么时候需要重建呢？
private boolean journalRebuildRequired() {
final int redundantOpCompactThreshold = 2000;
return redundantOpCount >= redundantOpCompactThreshold //
&& redundantOpCount >= lruEntries.size();
}如果redundantOpCount达到2000，且超过了lruEntries.size()就重建，这里就可以看到redundantOpCount的作用了。防止journal文件过大。
ok，到此我们的存入缓存就分析完成了。再次总结下，首先调用editor，拿到指定的dirtyFile的OutputStream，你可以尽情的进行写操作，写完以后呢，记得调用commit.
commit中会检测是你是否发生IOException，如果没有发生，则将dirtyFile->cleanFile，将readable=true，写入CLEAN记录。如果发生错误，则删除dirtyFile,从lruEntries中移除，然后写入一条REMOVE记录。
五、读取缓存
DiskLruCache.Snapshot snapShot = mDiskLruCache.get(key);
if (snapShot != null) {
InputStream is = snapShot.getInputStream(0);
}那么首先看get方法：
public synchronized Snapshot get(String key) throws IOException {
checkNotClosed();
validateKey(key);
Entry entry = lruEntries.get(key);
if (entry == null) {
return null;
}
if (!entry.readable) {
return null;
}
// Open all streams eagerly to guarantee that we see a single published
// snapshot. If we opened streams lazily then the streams could come
// from different edits.
InputStream[] ins = new InputStream[valueCount];
try {
for (int i = 0; i < valueCount; i++) {
ins[i] = new FileInputStream(entry.getCleanFile(i));
}
} catch (FileNotFoundException e) {
// A file must have been deleted manually!
for (int i = 0; i < valueCount; i++) {
if (ins[i] != null) {
Util.closeQuietly(ins[i]);
} else {
break;
}
}
return null;
}
redundantOpCount++;
journalWriter.append(READ + ‘ ‘ + key + ‘\n‘);
if (journalRebuildRequired()) {
executorService.submit(cleanupCallable);
}
return new Snapshot(key, entry.sequenceNumber, ins, entry.lengths);
}get方法比较简单，如果取到的为null，或者readable=false，则返回null.否则将cleanFile的FileInputStream进行封装返回Snapshot，且写入一条READ语句。
然后getInputStream就是返回该FileInputStream了。
好了，到此，我们就分析完成了创建DiskLruCache，存入缓存和取出缓存的源码。
除此以外，还有一些别的方法我们需要了解的。
六、其他方法
remove()
/**
* Drops the entry for {@code key} if it exists and can be removed. Entries
* actively being edited cannot be removed.
*
* @return true if an entry was removed.
*/
public synchronized boolean remove(String key) throws IOException {
checkNotClosed();
validateKey(key);
Entry entry = lruEntries.get(key);
if (entry == null || entry.currentEditor != null) {
return false;
}
for (int i = 0; i < valueCount; i++) {
File file = entry.getCleanFile(i);
if (file.exists() && !file.delete()) {
throw new IOException("failed to delete " + file);
}
size -= entry.lengths[i];
entry.lengths[i] = 0;
}
redundantOpCount++;
journalWriter.append(REMOVE + ‘ ‘ + key + ‘\n‘);
lruEntries.remove(key);
if (journalRebuildRequired()) {
executorService.submit(cleanupCallable);
}
return true;
}如果实体存在且不在被编辑，就可以直接进行删除，然后写入一条REMOVE记录。
与open对应还有个remove方法，大家在使用完成cache后可以手动关闭。
close()
/** Closes this cache. Stored values will remain on the filesystem. */
public synchronized void close() throws IOException {
if (journalWriter == null) {
return; // Already closed.
}
for (Entry entry : new ArrayList<Entry>(lruEntries.values())) {
if (entry.currentEditor != null) {
entry.currentEditor.abort();
}
}
trimToSize();
journalWriter.close();
journalWriter = null;
}
关闭前，会判断所有正在编辑的实体，调用abort方法，最后关闭journalWriter。至于abort方法，其实我们分析过了，就是存储失败的时候的逻辑：
public void abort() throws IOException {
completeEdit(this, false);
}到此，我们的整个源码分析就结束了。可以看到DiskLruCache，利用一个journal文件，保证了保证了cache实体的可用性（只有CLEAN的可用），且获取文件的长度的时候可以通过在该文件的记录中读取。利用FaultHidingOutputStream对FileOutPutStream很好的对写入文件过程中是否发生错误进行捕获，而不是让用户手动去调用出错后的处理方法。其内部的很多细节都很值得推敲。
不过也可以看到，存取的操作不是特别的容易使用，需要大家自己去操作文件流，但在存储比较小的数据的时候（不存在内存问题），很多时候还是希望有类似put(key,value），getAsT(key)等方法直接使用。我看了ASimpleCache 提供的API属于比较好用的了。于是萌生想法，对DiskLruCache公开的API进行扩展，对外除了原有的存取方式以外，提供类似ASimpleCache那样比较简单的API用于存储，而内部的核心实现，依然是DiskLruCache原本的。
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