Android内存缓存：手把手教你学会LrhCache算法

野性酷女 2022-05-14 09:35 228阅读 0赞

![a26aedafc2ac45510787091b1d02f019.png][]

# 前言 #

*  内存缓存知识在`Android`开发中实现重要
 *  本文将全面介绍内存缓存的所有相关知识（含`LrhCache`算法、其原理等），希望您们会喜欢

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# 目录 #

![内存缓存][8cdc1b23a08cc65ab9e6adb19ab12adf.png]

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# 1. 简介 #

![示意图][ac773c6842a6cf96517f4b41f208ba97.png]

下面，将详细介绍 `LrhCache`算法

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# 2. LrhCache算法 #

![示意图][be3ebd057a8ed52d273321edb29f3af0.png]

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# 3. 实现原理 #

*  `LrhCache`算法的算法核心 = `LRU` 算法 + `LinkedHashMap`数据结构
 *  下面，我将先介绍`LRU` 算法 和 `LinkedHashMap`数据结构，最后再介绍`LrhCache`算法

### 3.1 LRU 算法 ###

*  定义：`Least Recently Used`，即 **近期最少使用算法**
 *  算法原理：当缓存满时，优先淘汰 近期最少使用的缓存对象

> 采用 `LRU` 算法的缓存类型：内存缓存（`LrhCache`） 、 硬盘缓存（`DisLruCache`）

### 3.2 LinkedHashMap 介绍 ###

*  数据结构 = 数组 +单链表 + 双向链表
 *  其中，双向链表 实现了 存储顺序 = 访问顺序 / 插入顺序

> 1.  使得`LinkedHashMap` 中的`<key,value>`对 按照一定顺序进行排列
> 2.  通过 构造函数 指定LinkedHashMap中双向链表的结构是访问顺序 or 插入顺序

/** 
      * LinkedHashMap 构造函数
      * 参数accessOrder = true时，存储顺序（遍历顺序） = 外部访问顺序；为false时，存储顺序（遍历顺序） = 插入顺序
      **/ 
      public LinkedHashMap(int initialCapacity,
                             float loadFactor,
                             boolean accessOrder) {
    
            super(initialCapacity, loadFactor);
            this.accessOrder = accessOrder;
    
        }

*  实例演示

当 `accessOrder` 参数设置为`true`时，存储顺序（遍历顺序） = 外部访问顺序

/** 
        * 实例演示
        **/ 
        // 1. accessOrder参数设置为true时
        LinkedHashMap<Integer, Integer> map = new LinkedHashMap<>(0, 0.75f, true);
    
        // 2. 插入数据
        map.put(0, 0);
        map.put(1, 1);
        map.put(2, 2);
        map.put(3, 3);
        map.put(4, 4);
        map.put(5, 5);
        map.put(6, 6);
    
        // 3. 访问数据
            map.get(1);
            map.get(2);
         
         // 遍历获取LinkedHashMap内的数据
         for (Map.Entry<Integer, Integer> entry : map.entrySet()) {
                System.out.println(entry.getKey() + ":" + entry.getValue());
    
            }
       
    
      /** 
        * 测试结果
        **/ 
       0:0
       3:3
       4:4
       5:5
       6:6
       1:1
       2:2
    
    // 即实现了 最近访问的对象 作为 最后输出
    // 该逻辑 = LrhCache缓存算法思想
    // 可见LruCache的实现是利用了LinkedHashMap数据结构的实现原理
    // 请看LruCache的构造方法
    
     public LruCache(int maxSize) {
            if (maxSize <= 0) {
                throw new IllegalArgumentException("maxSize <= 0");
            }
            this.maxSize = maxSize;
    
            this.map = new LinkedHashMap<K, V>(0, 0.75f, true);
            // 创建LinkedHashMap时传入true。即采用了存储顺序 = 外界访问顺序 = 最近访问的对象 作为 最后输出
        }

### 3.3 LrhCache 算法原理 ###

![示意图][fb0a930e28df9df6469bb14cb1b9789e.png]

*  示意图

![示意图][ee4b63c60f025a9821d01d418fdccd77.png]

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# 4. 使用流程 #

/** 
      * 使用流程（以加载图片为例）
      **/ 
    
        private LruCache<String, Bitmap> mMemoryCache; 
    
        // 1. 获得虚拟机能提供的最大内存
        // 注：超过该大小会抛出OutOfMemory的异常 
        final int maxMemory = (int) (Runtime.getRuntime().maxMemory() / 1024); 
     
        // 2. 设置LruCache缓存的大小 = 一般为当前进程可用容量的1/8
        // 注：单位 = Kb
        // 设置准则
        //  a. 还剩余多少内存给你的activity或应用使用
        //  b. 屏幕上需要一次性显示多少张图片和多少图片在等待显示
        //  c. 手机的大小和密度是多少（密度越高的设备需要越大的 缓存）
        //  d. 图片的尺寸（决定了所占用的内存大小）
        //  e. 图片的访问频率（频率高的在内存中一直保存）
        //  f. 保存图片的质量（不同像素的在不同情况下显示）
        final int cacheSize = maxMemory / 8; 
     	
     	// 3. 重写sizeOf方法：计算缓存对象的大小（此处的缓存对象 = 图片）
        mMemoryCache = new LruCache<String, Bitmap>(cacheSize) { 
    
            @Override 
            protected int sizeOf(String key, Bitmap bitmap) { 
              
                return bitmap.getByteCount() / 1024; 
                // 此处返回的是缓存对象的缓存大小（单位 = Kb） ，而不是item的个数
                // 注：缓存的总容量和每个缓存对象的大小所用单位要一致
                // 此处除1024是为了让缓存对象的大小单位 = Kb
    
            } 
        }; 
     
        // 4. 将需缓存的图片 加入到缓存
        mMemoryCache.put(key, bitmap); 
    
        // 5. 当 ImageView 加载图片时，会先在LruCache中看有没有缓存该图片：若有，则直接获取
        mMemoryCache.get(key);

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# 5. 实例讲解 #

*  本实例以缓存图片为实例讲解
 *  具体代码

> 请看注释

**MainActivity.java**

public class MainActivity extends AppCompatActivity {
    
        public static final String TAG = "carsonTest：";
        private LruCache<String, Bitmap> mMemoryCache;
        private ImageView mImageView;
        private Button button;
    
        @Override
        protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
            super.onCreate(savedInstanceState);
            setContentView(R.layout.activity_main);
    
            // 1. 获得虚拟机能提供的最大内存
            // 注：超过该大小会抛出OutOfMemory的异常
            final int maxMemory = (int) (Runtime.getRuntime().maxMemory() / 1024);
    
            // 2. 设置LruCache缓存的大小 = 一般为当前进程可用容量的1/8
            // 注：单位 = Kb
            final int cacheSize = maxMemory / 8;
    
            // 3. 重写sizeOf方法：计算缓存对象的大小（此处的缓存对象 = 图片）
            mMemoryCache = new LruCache<String, Bitmap>(cacheSize) {
    
                @Override
                protected int sizeOf(String key, Bitmap bitmap) {
                    return bitmap.getByteCount() / 1024;
                    // 此处返回的是缓存对象的缓存大小（单位 = Kb） ，而不是item的个数
                    // 注：缓存的总容量和每个缓存对象的大小所用单位要一致
                    // 此处除1024是为了让缓存对象的大小单位 = Kb
    
                }
            };
    
            // 4. 点击按钮，则加载图片
            mImageView = (ImageView)findViewById(R.id.image);
            button = (Button)findViewById(R.id.btn);
            button.setOnClickListener(new View.OnClickListener() {
                @Override
                public void onClick(View view) {
                    // 加载图片 ->>分析1
                    loadBitmap("test",mImageView);
                }
    
            });
    
        }
    
        /**
         * 分析1：加载图片
         * 加载前，先从内存缓存中读取；若无，则再从数据源中读取
         **/
        public void loadBitmap(String key, ImageView imageView) {
    
            // 读取图片前，先从内存缓存中读取：即看内存缓存中是否缓存了该图片
            // 1. 若有缓存，则直接从内存中加载
            Bitmap bitmap = mMemoryCache.get(key);
    
            if (bitmap != null) {
                mImageView.setImageBitmap(bitmap);
                Log.d(TAG, "从缓存中加载图片 ");
    
                // 2. 若无缓存，则从数据源加载（此处选择在本地加载） & 添加到缓存
            } else {
                Log.d(TAG, "从数据源（本地）中加载: ");
    
                // 2.1 从数据源加载
                mImageView.setImageResource(R.drawable.test1);
    
                // 2.1 添加到缓存
                // 注：在添加到缓存前，需先将资源文件构造成1个BitMap对象（含设置大小）
                Resources res = getResources();
                Bitmap bm = BitmapFactory.decodeResource(res, R.drawable.test1);
    
                // 获得图片的宽高
                int width = bm.getWidth();
                int height = bm.getHeight();
    
                // 设置想要的大小
                int newWidth = 80;
                int newHeight = 80;
    
                // 计算缩放比例
                float scaleWidth = ((float) newWidth) / width;
                float scaleHeight = ((float) newHeight) / height;
                // 取得想要缩放的matrix参数
                Matrix matrix = new Matrix();
                matrix.postScale(scaleWidth, scaleHeight);
                // 构造成1个新的BitMap对象
                Bitmap bitmap_s = Bitmap.createBitmap(bm, 0, 0, width, height, matrix, true);
    
    
                // 添加到缓存
                if (mMemoryCache.get(key) == null) {
                    mMemoryCache.put(key, bitmap_s);
                    Log.d(TAG, "添加到缓存: " + (mMemoryCache.get(key)));
                }
    
    
            }
        }
    
    }

**activity\_main.xml**

<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
    <LinearLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
        android:layout_width="match_parent"
        android:layout_height="match_parent"
        xmlns:app="http://schemas.android.com/apk/res-auto"
        android:focusableInTouchMode="true"
        android:orientation="vertical">
    
        <ImageView
           android:id="@+id/image"
           android:layout_width="200dp"
           android:layout_height="200dp"
           android:layout_gravity="center"
    
            />
    
        <Button
            android:id="@+id/btn"
            android:layout_width="wrap_content"
            android:layout_height="wrap_content"
            android:layout_margin="10dp"
            android:text="点击加载"
            android:layout_gravity="center"
            />
    
    </LinearLayout>

*  测试结果  
    第1次点击加载图片时，由于无缓存则从本地加载  
    第2次（以后）点击加载图片时，由于有缓存，所以直接从缓存中读取  
    ![示意图][495c79f78b05f3c8d70f8568957ffc5e.gif]

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# 6. 源码分析 #

此处主要分析 写入缓存 & 获取缓存 ，即`put（）`、 `get（）`

### 6.1 添加缓存：put() ###

*  源码分析

/** 
      * 使用函数（以加载图片为例）
      **/ 
      mMemoryCache.put（key，bitmap）；
    
    /** 
      * 源码分析
      **/ 
     public final V put(K key, V value) {
    
            // 1. 判断 key 与 value是否为空
            //  若二者之一味空，否则抛出异常
            if (key == null || value == null) {
                throw new NullPointerException("key == null || value == null");
            }
    
            V previous;
    
            synchronized (this) {
    
            	// 2. 插入的缓存对象值加1
                putCount++; 
    
                // 3. 增加已有缓存的大小
                size += safeSizeOf(key, value); 
    
                // 4. 向map中加入缓存对象
                previous = map.put(key, value);
    
                // 5. 若已有缓存对象，则缓存大小恢复到之前
                if (previous != null) {
                    size -= safeSizeOf(key, previous);
                }
            }
    
            // 6. 资源回收（移除旧缓存时会被调用）
            // entryRemoved()是个空方法，可自行实现
            if (previous != null) {
                entryRemoved(false, key, previous, value);
            }
    
            // 7. 添加缓存对象后，调用需判断缓存是否已满
            // 若满了就删除近期最少使用的对象-->分析2
            trimToSize(maxSize);
            
            return previous;
        }
    
    /** 
      * 分析1：trimToSize(maxSize)
      * 原理：不断删除LinkedHashMap中队尾的元素，即近期最少访问的元素，直到缓存大小 < 最大值
      **/ 
      public void trimToSize(int maxSize) {
    
            //死循环
            while (true) {
                K key;
                V value;
                synchronized (this) {
                    // 判断1：若 map为空 & 缓存size ≠ 0 或 缓存size < 0，则抛出异常
                    if (size < 0 || (map.isEmpty() && size != 0)) {
                        throw new IllegalStateException(getClass().getName()
                                + ".sizeOf() is reporting inconsistent results!");
                    }
    
                    // 判断2：若缓存大小size < 最大缓存 或 map为空，则不需删除缓存对象，跳出循环
                    if (size <= maxSize || map.isEmpty()) {
                        break;
                    }
    
                    // 开始删除缓存对象
                    // 使用迭代器获取第1个对象，即队尾的元素 = 近期最少访问的元素
                    Map.Entry<K, V> toEvict = map.entrySet().iterator().next();
                    key = toEvict.getKey();
                    value = toEvict.getValue();
                    // 删除该对象 & 更新缓存大小
                    map.remove(key);
                    size -= safeSizeOf(key, value);
                    evictionCount++;
                }
                entryRemoved(true, key, value, null);
            }
        }

至此，关于添加缓存：`put()`的源码分析完毕。

### 6.2 获取缓存：get（） ###

*  作用：获取缓存 & 更新队列

> 1.  当调用 `get()` 获取缓存对象时，就代表访问了1次该元素
> 2.  访问后将会更新队列，使得整个队列是按照 访问顺序 排列

*  示意图如下  
    ![示意图][825492b504d659e8d9f1e264c1267210.png]

上述更新过程是在 `get()`中完成

*  源码分析

/** 
      * 使用函数（以加载图片为例）
      **/ 
      mMemoryCache.get（key）；
    
    /** 
      * 源码分析
      **/ 
      public final V get(K key) {
    
            // 1. 判断输入的合法性：若key为空，则抛出异常
            if (key == null) {
                throw new NullPointerException("key == null");
            }
    
            V mapValue;
            synchronized (this) {
    
                // 2. 获取对应的缓存对象 & 将访问的元素 更新到 队列头部->>分析3
                mapValue = map.get(key);
    
                if (mapValue != null) {
                    hitCount++;
                    return mapValue;
                }
                missCount++;
            }
    
    /** 
      * 分析1：map.get(key)
      * 实际上是 LinkedHashMap.get() 
      **/ 
      public V get(Object key) {
    
      		// 1. 获取对应的缓存对象
            LinkedHashMapEntry<K,V> e = (LinkedHashMapEntry<K,V>)getEntry(key);
            if (e == null)
                return null;
    
            // 2. 将访问的元素更新到队列头部 ->>分析4
            e.recordAccess(this);
            
    
            return e.value;
        }
    /** 
      * 分析2：recordAccess（）
      **/ 
      void recordAccess(HashMap<K,V> m) {
    
                LinkedHashMap<K,V> lm = (LinkedHashMap<K,V>)m;
    
                // 1. 判断LinkedHashMap存储顺序是否按访问排序排序：根据构造函数传入的参数accessOrder判断
                if (lm.accessOrder) {
                    lm.modCount++;
                    // 2. 删除此元素
                    remove();
                    // 3. 将此元素移动到队列的头部
                    addBefore(lm.header);
                }
            }

至此，关于获取缓存：`get()`的源码分析完毕。

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# 7. 总结 #

本文全面讲解了内存缓存的相关知识，含`LrhCache`算法、原理等，下面是部分总结

*  原理  
    ![示意图][fb0a930e28df9df6469bb14cb1b9789e.png]
 *  示意图  
    ![示意图][34ad77bba6fc3f955012aaf26cbe6818.png]
 *  源码流程  
    ![示意图][a6154f52c98d68cd86d620d4bf105cb6.png]

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