源码来源: https://github.com/rs/SDWebImage
版本: 3.7
SDWebImage是一个开源的第三方库,它提供了UIImageView的一个分类,以支持从远程服务器下载并缓存图片的功能。它具有以下功能:
- 提供UIImageView的一个分类,以支持网络图片的加载与缓存管理
- 一个异步的图片加载器
- 一个异步的内存+磁盘图片缓存
- 支持GIF图片
- 支持WebP图片
- 后台图片解压缩处理
- 确保同一个URL的图片不被下载多次
- 确保虚假的URL不会被反复加载
- 确保下载及缓存时,主线程不被阻塞
从github上对SDWebImage使用情况就可以看出,SDWebImage在图片下载及缓存的处理方面还是很被认可的。在本文中,我们主要从源码的角度来分析一下SDWebImage的实现机制。讨论的内容将主要集中在图片的下载及缓存,而不包含对GIF图片及WebP图片的支持操作。
2、缓存
为了减少网络流量的消耗,我们都希望下载下来的图片缓存到本地,下次再去获取同一张图片时,可以直接从本地获取,而不再从远程服务器获取。这样做的另一个好处是提升了用户体验,用户第二次查看同一幅图片时,能快速从本地获取图片直接呈现给用户。
SDWebImage提供了对图片缓存的支持,而该功能是由SDImageCache类来完成的。该类负责处理内存缓存及一个可选的磁盘缓存。其中磁盘缓存的写操作是异步的,这样就不会对UI操作造成影响。
内存缓存及磁盘缓存
内存缓存的处理是使用NSCache对象来实现的。NSCache是一个类似于集合的容器。它存储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。
磁盘缓存的处理则是使用NSFileManager对象来实现的。图片存储的位置是位于Cache文件夹。另外,SDImageCache还定义了一个串行队列,来异步存储图片。
内存缓存与磁盘缓存相关变量的声明及定义如下:
@interface SDImageCache () @property (strong, nonatomic) NSCache *memCache; @property (strong, nonatomic) NSString *diskCachePath; @property (strong, nonatomic) NSMutableArray *customPaths; @property (SDDispatchQueueSetterSementics, nonatomic) dispatch_queue_t ioQueue; @end - (id)initWithNamespace:(NSString *)ns { if ((self = [super init])) { NSString *fullNamespace = [@"com.hackemist.SDWebImageCache." stringByAppendingString:ns]; ... _ioQueue = dispatch_queue_create("com.hackemist.SDWebImageCache", DISPATCH_QUEUE_SERIAL); ... // Init the memory cache _memCache = [[NSCache alloc] init]; _memCache.name = fullNamespace; // Init the disk cache NSArray *paths = NSSearchPathForDirectoriesInDomains(NSCachesDirectory, NSUserDomainMask, YES); _diskCachePath = [paths[0] stringByAppendingPathComponent:fullNamespace]; dispatch_sync(_ioQueue, ^{ _fileManager = [NSFileManager new]; }); ... } return self; }
SDImageCache提供了大量方法来缓存、获取、移除及清空图片。而对于每个图片,为了方便地在内存或磁盘中对它进行这些操作,我们需要一个key值来索引它。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作为图片的文件名。对于一个远程服务器下载的图片,其url是作为这个key的最佳选择了。我们在后面会看到这个key值的重要性。
存储图片
我们先来看看图片的缓存操作,该操作会在内存中放置一份缓存,而如果确定需要缓存到磁盘,则将磁盘缓存操作作为一个task放到串行队列中处理。在iOS中,会先检测图片是PNG还是JPEG,并将其转换为相应的图片数据,最后将数据写入到磁盘中(文件名是对key值做MD5摘要后的串)。缓存操作的基础方法是-storeImage:recalculateFromImage:imageData:forKey:toDisk,它的具体实现如下:
- (void)storeImage:(UIImage *)image recalculateFromImage:(BOOL)recalculate imageData:(NSData *)imageData forKey:(NSString *)key toDisk:(BOOL)toDisk { ... // 1. 内存缓存,将其存入NSCache中,同时传入图片的消耗值 [self.memCache setObject:image forKey:key cost:image.size.height * image.size.width * image.scale * image.scale]; if (toDisk) { // 2. 如果确定需要磁盘缓存,则将缓存操作作为一个任务放入ioQueue中 dispatch_async(self.ioQueue, ^{ NSData *data = imageData; if (image && (recalculate || !data)) { #if TARGET_OS_IPHONE // 3. 需要确定图片是PNG还是JPEG。PNG图片容易检测,因为有一个唯一签名。PNG图像的前8个字节总是包含以下值:137 80 78 71 13 10 26 10 // 在imageData为nil的情况下假定图像为PNG。我们将其当作PNG以避免丢失透明度。而当有图片数据时,我们检测其前缀,确定图片的类型 BOOL imageIsPng = YES; if ([imageData length] >= [kPNGSignatureData length]) { imageIsPng = ImageDataHasPNGPreffix(imageData); } if (imageIsPng) { data = UIImagePNGRepresentation(image); } else { data = UIImageJPEGRepresentation(image, (CGFloat)1.0); } #else data = [NSBitmapImageRep representationOfImageRepsInArray:image.representations usingType: NSJPEGFileType properties:nil]; #endif } // 4. 创建缓存文件并存储图片 if (data) { if (![_fileManager fileExistsAtPath:_diskCachePath]) { [_fileManager createDirectoryAtPath:_diskCachePath withIntermediateDirectories:YES attributes:nil error:NULL]; } [_fileManager createFileAtPath:[self defaultCachePathForKey:key] contents:data attributes:nil]; } }); } }
查询图片
如果我们想在内存或磁盘中查询是否有key指定的图片,则可以分别使用以下方法:
- (UIImage *)imageFromMemoryCacheForKey:(NSString *)key; - (UIImage *)imageFromDiskCacheForKey:(NSString *)key;
而如果只是想查看本地是否在key指定的图片,则不管是在内存还是在磁盘上,则可以使用以下方法:
- (NSOperation *)queryDiskCacheForKey:(NSString *)key done:(SDWebImageQueryCompletedBlock)doneBlock { ... // 1. 首先查看内存缓存,如果查找到,则直接回调doneBlock并返回 UIImage *image = [self imageFromDiskCacheForKey:key]; if (image) { doneBlock(image, SDImageCacheTypeMemory); return nil; } // 2. 如果内存中没有,则在磁盘中查找。如果找到,则将其放到内存缓存,并调用doneBlock回调 NSOperation *operation = [NSOperation new]; dispatch_async(self.ioQueue, ^{ if (operation.isCancelled) { return; } @autoreleasepool { UIImage *diskImage = [self diskImageForKey:key]; if (diskImage) { CGFloat cost = diskImage.size.height * diskImage.size.width * diskImage.scale * diskImage.scale; [self.memCache setObject:diskImage forKey:key cost:cost]; } dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{ doneBlock(diskImage, SDImageCacheTypeDisk); }); } }); return operation; }
移除图片
图片的移除操作则可以使用以下方法:
- (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;
我们可以选择同时移除内存及磁盘上的图片。
清理图片
磁盘缓存图片的清理操作可以分为完全清空和部分清理。完全清空操作是直接把缓存的文件夹移除,清空操作有以下两个方法:
- (void)clearDisk; - (void)clearDiskOnCompletion:(SDWebImageNoParamsBlock)completion;
而部分清理则是根据我们设定的一些参数值来移除一些文件,这里主要有两个指标:文件的缓存有效期及最大缓存空间大小。文件的缓存有效期可以通过maxCacheAge属性来设置,默认是1周的时间。如果文件的缓存时间超过这个时间值,则将其移除。而最大缓存空间大小是通过maxCacheSize属性来设置的,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。清理的操作在-cleanDiskWithCompletionBlock:方法中,其实现如下:
- (void)cleanDiskWithCompletionBlock:(SDWebImageNoParamsBlock)completionBlock { dispatch_async(self.ioQueue, ^{ NSURL *diskCacheURL = [NSURL fileURLWithPath:self.diskCachePath isDirectory:YES]; NSArray *resourceKeys = @[NSURLIsDirectoryKey, NSURLContentModificationDateKey, NSURLTotalFileAllocatedSizeKey]; // 1. 该枚举器预先获取缓存文件的有用的属性 NSDirectoryEnumerator *fileEnumerator = [_fileManager enumeratorAtURL:diskCacheURL includingPropertiesForKeys:resourceKeys options:NSDirectoryEnumerationSkipsHiddenFiles errorHandler:NULL]; NSDate *expirationDate = [NSDate dateWithTimeIntervalSinceNow:-self.maxCacheAge]; NSMutableDictionary *cacheFiles = [NSMutableDictionary dictionary]; NSUInteger currentCacheSize = 0; // 2. 枚举缓存文件夹中所有文件,该迭代有两个目的:移除比过期日期更老的文件;存储文件属性以备后面执行基于缓存大小的清理操作 NSMutableArray *urlsToDelete = [[NSMutableArray alloc] init]; for (NSURL *fileURL in fileEnumerator) { NSDictionary *resourceValues = [fileURL resourceValuesForKeys:resourceKeys error:NULL]; // 3. 跳过文件夹 if ([resourceValues[NSURLIsDirectoryKey] boolValue]) { continue; } // 4. 移除早于有效期的老文件 NSDate *modificationDate = resourceValues[NSURLContentModificationDateKey]; if ([[modificationDate laterDate:expirationDate] isEqualToDate:expirationDate]) { [urlsToDelete addObject:fileURL]; continue; } // 5. 存储文件的引用并计算所有文件的总大小,以备后用 NSNumber *totalAllocatedSize = resourceValues[NSURLTotalFileAllocatedSizeKey]; currentCacheSize += [totalAllocatedSize unsignedIntegerValue]; [cacheFiles setObject:resourceValues forKey:fileURL]; } for (NSURL *fileURL in urlsToDelete) { [_fileManager removeItemAtURL:fileURL error:nil]; } // 6.如果磁盘缓存的大小大于我们配置的最大大小,则执行基于文件大小的清理,我们首先删除最老的文件 if (self.maxCacheSize > 0 && currentCacheSize > self.maxCacheSize) { // 7. 以设置的最大缓存大小的一半作为清理目标 const NSUInteger desiredCacheSize = self.maxCacheSize / 2; // 8. 按照最后修改时间来排序剩下的缓存文件 NSArray *sortedFiles = [cacheFiles keysSortedByValueWithOptions:NSSortConcurrent usingComparator:^NSComparisonResult(id obj1, id obj2) { return [obj1[NSURLContentModificationDateKey] compare:obj2[NSURLContentModificationDateKey]]; }]; // 9. 删除文件,直到缓存总大小降到我们期望的大小 for (NSURL *fileURL in sortedFiles) { if ([_fileManager removeItemAtURL:fileURL error:nil]) { NSDictionary *resourceValues = cacheFiles[fileURL]; NSNumber *totalAllocatedSize = resourceValues[NSURLTotalFileAllocatedSizeKey]; currentCacheSize -= [totalAllocatedSize unsignedIntegerValue]; if (currentCacheSize < desiredCacheSize) { break; } } } } if (completionBlock) { dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{ completionBlock(); }); } }); }
小结
以上分析了图片缓存操作,当然,除了上面讲的几个操作,SDImageCache类还提供了一些辅助方法。如获取缓存大小、缓存中图片的数量、判断缓存中是否存在某个key指定的图片。另外,SDImageCache类提供了一个单例方法的实现,所以我们可以将其当作单例对象来处理。
SDWebImageManager
在实际的运用中,我们并不直接使用SDWebImageDownloader类及SDImageCache类来执行图片的下载及缓存。为了方便用户的使用,SDWebImage提供了SDWebImageManager对象来管理图片的下载与缓存。而且我们经常用到的诸如UIImageView+WebCache等控件的分类都是基于SDWebImageManager对象的。该对象将一个下载器和一个图片缓存绑定在一起,并对外提供两个只读属性来获取它们,如下代码所示:
@interface SDWebImageManager : NSObject @property (weak, nonatomic) id <SDWebImageManagerDelegate> delegate; @property (strong, nonatomic, readonly) SDImageCache *imageCache; @property (strong, nonatomic, readonly) SDWebImageDownloader *imageDownloader; ... @end
从上面的代码中我们还可以看到有一个delegate属性,其是一个id<SDWebImageManagerDelegate>对象。SDWebImageManagerDelegate声明了两个可选实现的方法,如下所示:
// 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;
这两个代理方法会在SDWebImageManager的-downloadImageWithURL:options:progress:completed:方法中调用,而这个方法是SDWebImageManager类的核心所在。我们来看看它的具体实现:
- (id <SDWebImageOperation>)downloadImageWithURL:(NSURL *)url options:(SDWebImageOptions)options progress:(SDWebImageDownloaderProgressBlock)progressBlock completed:(SDWebImageCompletionWithFinishedBlock)completedBlock { ... // 前面省略n行。主要作了如下处理: // 1. 判断url的合法性 // 2. 创建SDWebImageCombinedOperation对象 // 3. 查看url是否是之前下载失败过的 // 4. 如果url为nil,或者在不可重试的情况下是一个下载失败过的url,则直接返回操作对象并调用完成回调 operation.cacheOperation = [self.imageCache queryDiskCacheForKey:key done:^(UIImage *image, SDImageCacheType cacheType) { ... if ((!image || options & SDWebImageRefreshCached) && (![self.delegate respondsToSelector:@selector(imageManager:shouldDownloadImageForURL:)] || [self.delegate imageManager:self shouldDownloadImageForURL:url])) { // 下载 id <SDWebImageOperation> subOperation = [self.imageDownloader downloadImageWithURL:url options:downloaderOptions progress:progressBlock completed:^(UIImage *downloadedImage, NSData *data, NSError *error, BOOL finished) { if (weakOperation.isCancelled) { // 操作被取消,则不做任务事情 } else if (error) { // 如果出错,则调用完成回调,并将url放入下载挫败url数组中 ... } else { BOOL cacheOnDisk = !(options & SDWebImageCacheMemoryOnly); if (options & SDWebImageRefreshCached && image && !downloadedImage) { // Image refresh hit the NSURLCache cache, do not call the completion block } else if (downloadedImage && (!downloadedImage.images || (options & SDWebImageTransformAnimatedImage)) && [self.delegate respondsToSelector:@selector(imageManager:transformDownloadedImage:withURL:)]) { // 在全局队列中并行处理图片的缓存 // 首先对图片做个转换操作,该操作是代理对象实现的 // 然后对图片做缓存处理 dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_HIGH, 0), ^{ UIImage *transformedImage = [self.delegate imageManager:self transformDownloadedImage:downloadedImage withURL:url]; if (transformedImage && finished) { BOOL imageWasTransformed = ![transformedImage isEqual:downloadedImage]; [self.imageCache storeImage:transformedImage recalculateFromImage:imageWasTransformed imageData:data forKey:key toDisk:cacheOnDisk]; } ... }); } else { if (downloadedImage && finished) { [self.imageCache storeImage:downloadedImage recalculateFromImage:NO imageData:data forKey:key toDisk:cacheOnDisk]; } ... } } // 下载完成并缓存后,将操作从队列中移除 if (finished) { @synchronized (self.runningOperations) { [self.runningOperations removeObject:operation]; } } }]; // 设置取消回调 operation.cancelBlock = ^{ [subOperation cancel]; @synchronized (self.runningOperations) { [self.runningOperations removeObject:weakOperation]; } }; } else if (image) { ... } else { ... } }]; return operation; }
对于这个方法,我们没有做过多的解释。其主要就是下载图片并根据操作选项来缓存图片。上面这个下载方法中的操作选项参数是由枚举SDWebImageOptions来定义的,这个操作中的一些选项是与SDWebImageDownloaderOptions中的选项对应的。我们来看看这个SDWebImageOptions选项都有哪些:
typedef NS_OPTIONS(NSUInteger, SDWebImageOptions) { // 默认情况下,当URL下载失败时,URL会被列入黑名单,导致库不会再去重试,该标记用于禁用黑名单 SDWebImageRetryFailed = 1 << 0, // 默认情况下,图片下载开始于UI交互,该标记禁用这一特性,这样下载延迟到UIScrollView减速时 SDWebImageLowPriority = 1 << 1, // 该标记禁用磁盘缓存 SDWebImageCacheMemoryOnly = 1 << 2, // 该标记启用渐进式下载,图片在下载过程中是渐渐显示的,如同浏览器一下。 // 默认情况下,图像在下载完成后一次性显示 SDWebImageProgressiveDownload = 1 << 3, // 即使图片缓存了,也期望HTTP响应cache control,并在需要的情况下从远程刷新图片。 // 磁盘缓存将被NSURLCache处理而不是SDWebImage,因为SDWebImage会导致轻微的性能下载。 // 该标记帮助处理在相同请求URL后面改变的图片。如果缓存图片被刷新,则完成block会使用缓存图片调用一次 // 然后再用最终图片调用一次 SDWebImageRefreshCached = 1 << 4, // 在iOS 4+系统中,当程序进入后台后继续下载图片。这将要求系统给予额外的时间让请求完成 // 如果后台任务超时,则操作被取消 SDWebImageContinueInBackground = 1 << 5, // 通过设置NSMutableURLRequest.HTTPShouldHandleCookies = YES;来处理存储在NSHTTPCookieStore中的cookie SDWebImageHandleCookies = 1 << 6, // 允许不受信任的SSL认证 SDWebImageAllowInvalidSSLCertificates = 1 << 7, // 默认情况下,图片下载按入队的顺序来执行。该标记将其移到队列的前面, // 以便图片能立即下载而不是等到当前队列被加载 SDWebImageHighPriority = 1 << 8, // 默认情况下,占位图片在加载图片的同时被加载。该标记延迟占位图片的加载直到图片已以被加载完成 SDWebImageDelayPlaceholder = 1 << 9, // 通常我们不调用动画图片的transformDownloadedImage代理方法,因为大多数转换代码可以管理它。 // 使用这个票房则不任何情况下都进行转换。 SDWebImageTransformAnimatedImage = 1 << 10, };
大家在看-downloadImageWithURL:options:progress:completed:,可以看到两个SDWebImageOptions与SDWebImageDownloaderOptions中的选项是如何对应起来的,在此不多做解释。
视图扩展
我在使用SDWebImage的时候,使用得最多的是UIImageView+WebCache中的针对UIImageView的扩展方法,这些扩展方法将UIImageView与WebCache集成在一起,来让UIImageView对象拥有异步下载和缓存远程图片的能力。其中最核心的方法是-sd_setImageWithURL:placeholderImage:options:progress:completed:,其使用SDWebImageManager单例对象下载并缓存图片,完成后将图片赋值给UIImageView对象的image属性,以使图片显示出来,其具体实现如下:
- (void)sd_setImageWithURL:(NSURL *)url placeholderImage:(UIImage *)placeholder options:(SDWebImageOptions)options progress:(SDWebImageDownloaderProgressBlock)progressBlock completed:(SDWebImageCompletionBlock)completedBlock { ... if (url) { __weak UIImageView *wself = self; // 使用SDWebImageManager单例对象来下载图片 id <SDWebImageOperation> operation = [SDWebImageManager.sharedManager downloadImageWithURL:url options:options progress:progressBlock completed:^(UIImage *image, NSError *error, SDImageCacheType cacheType, BOOL finished, NSURL *imageURL) { if (!wself) return; dispatch_main_sync_safe(^{ if (!wself) return; // 图片下载完后显示图片 if (image) { wself.image = image; [wself setNeedsLayout]; } else { if ((options & SDWebImageDelayPlaceholder)) { wself.image = placeholder; [wself setNeedsLayout]; } } if (completedBlock && finished) { completedBlock(image, error, cacheType, url); } }); }]; [self sd_setImageLoadOperation:operation forKey:@"UIImageViewImageLoad"]; } else { ... } }
除了扩展UIImageView之外,SDWebImage还扩展了UIView、UIButton、MKAnnotationView等视图类,大家可以参考源码。
当然,如果不想使用这些扩展,则可以直接使用SDWebImageManager来下载图片,这也是很OK的。
技术点
SDWebImage的主要任务就是图片的下载和缓存。为了支持这些操作,它主要使用了以下知识点:
- dispatch_barrier_sync函数:该方法用于对操作设置屏幕,确保在执行完任务后才会执行后续操作。该方法常用于确保类的线程安全性操作。
- NSMutableURLRequest:用于创建一个网络请求对象,我们可以根据需要来配置请求报头等信息。
- NSOperation及NSOperationQueue:操作队列是Objective-C中一种高级的并发处理方法,现在它是基于GCD来实现的。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也容易一些。对SDWebImage中我们就看到了如何使用依赖将下载顺序设置成后进先出的顺序。
- NSURLConnection:用于网络请求及响应处理。在iOS7.0后,苹果推出了一套新的网络请求接口,即NSURLSession类。
- 开启一个后台任务。
- NSCache类:一个类似于集合的容器。它存储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。
- 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。
- 对图片的解压缩操作:这一操作可以查看SDWebImageDecoder.m中+decodedImageWithImage方法的实现。
- 对GIF图片的处理
- 对WebP图片的处理
感兴趣的同学可以深入研究一下这些知识点。当然,这只是其中一部分,更多的知识还有待大家去发掘。
参考:
- http://southpeak.github.io/blog/2015/02/07/yuan-ma-pian-:sdwebimage/?utm_source=tuicool&utm_medium=referral
- http://blog.sina.com.cn/s/blog_8988732e0101af25.html
- http://www.jianshu.com/p/c07df06c60be