iOS開發之緩存框架、內存緩存、磁盤緩存等
編輯：IOS開發綜合
1.在項目中我們難免會用到一些緩存方式來保存服務器傳過來的數據，以減少服務器的壓力。 緩存的方式分為兩種分別為內存緩存和磁盤緩存，內存緩存速度快容量小，磁盤緩存容量大速度慢可持久化。常見的內存緩存有NSCache、TMMemoryCache、PINMemoryCache、YYMemoryCache。常見的磁盤緩存有TMDiskCache、PINDiskCache、YYCache.
2.本文章著重講下YYCache。 這是為什麼呢，因為他比其他的緩存框架更加高效，使用方便。
YYCache:去掉了異步訪問的接口，盡量優化了同步訪問的性能，用 OSSpinLock 來保證性能安全。另外，緩存內部用雙向鏈表和 NSDictionary 實現了 LRU 淘汰算法.體現高效的部分，也是采用的 SQLite 配合文件的存儲方式。在存取小數據 (NSNumber) 時，YYDiskCache 的性能遠遠高出基於文件存儲的庫；而較大數據的存取性能則比較接近了。但得益於 SQLite 存儲的元數據，YYDiskCache 實現了 LRU 淘汰算法、更快的數據統計，更多的容量控制選項。 YYCache的使用：
上圖是YYCache的相關類文件。
重點介紹：
1. 內存緩存(YYMemoryCache)
存儲的單元是_YYLinkedMapNode,除了key和value外,還存儲了它的前後Node的地址_prev,_next.
整個實現基於_YYLinkedMap,它是一個雙向鏈表,除了存儲了字典_dic外,還存儲了頭結點和尾節點.它實現的功能很簡單,就是:有新數據了插入鏈表頭部,訪問過的數據結點移到頭部,內存緊張時把尾部的結點移除.就這樣實現了淘汰算法.
因為內存訪問速度很快,鎖占用的時間少,所以用的速度最快的OSSpinLockLock
部分源碼解析：
- (instancetype)init {
self = super.init;
pthread_mutex_init(&_lock, NULL); //初始化互斥鎖的方法 ，在dealloc方法中進行回收
_lru = [_YYLinkedMap new];
_queue = dispatch_queue_create("com.ibireme.cache.memory", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
_countLimit = NSUIntegerMax;
_costLimit = NSUIntegerMax;
_ageLimit = DBL_MAX;
_autoTrimInterval = 5.0;
_shouldRemoveAllObjectsOnMemoryWarning = YES;
_shouldRemoveAllObjectsWhenEnteringBackground = YES;
[[NSNotificationCenter defaultCenter] addObserver:self selector:@selector(_appDidReceiveMemoryWarningNotification) name:UIApplicationDidReceiveMemoryWarningNotification object:nil]; //注冊內存警告的通知，方便回收
[[NSNotificationCenter defaultCenter] addObserver:self selector:@selector(_appDidEnterBackgroundNotification) name:UIApplicationDidEnterBackgroundNotification object:nil]; //注冊程序進入後台的通知，可以回收內存。
[self _trimRecursively];
return self;
}
刪除某個值的操作
- (void)removeObjectForKey:(id)key {
if (!key) return;
pthread_mutex_lock(&_lock); //加鎖，保證線程安全
_YYLinkedMapNode *node = CFDictionaryGetValue(_lru->_dic, (__bridge const void *)(key)); //獲取對應key的node
if (node) {
[_lru removeNode:node]; //移除這個節點
if (_lru->_releaseAsynchronously) { //判斷當前是異步線程還是多線程
dispatch_queue_t queue = _lru->_releaseOnMainThread ? dispatch_get_main_queue() : YYMemoryCacheGetReleaseQueue(); //
dispatch_async(queue, ^{
[node class]; //hold and release in queue
});
} else if (_lru->_releaseOnMainThread && !pthread_main_np()) {
dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
[node class]; //hold and release in queue
});
}
}
pthread_mutex_unlock(&_lock); //解鎖
}
增加一對鍵值相關代碼 //解釋在注釋中
- (void)setObject:(id)object forKey:(id)key withCost:(NSUInteger)cost {
if (!key) return;
if (!object) {
[self removeObjectForKey:key];
return;
}
pthread_mutex_lock(&_lock); //加鎖
_YYLinkedMapNode *node = CFDictionaryGetValue(_lru->_dic, (__bridge const void *)(key)); //取出對應key的node
NSTimeInterval now = CACurrentMediaTime(); //保存一個時間戳，把最新的修改時間或添加保存進入node中。
if (node) { //存在的操作
_lru->_totalCost -= node->_cost; //把原有緩存內存開銷減去
_lru->_totalCost += cost; //加入新的內存開銷
node->_cost = cost; //指定內存開銷
node->_time = now; //修改的最新時間
node->_value = object; // 賦值
[_lru bringNodeToHead:node]; // 修改操作，把修改node放到雙鏈表的頭部。
} else { //不存在次node的操作
node = [_YYLinkedMapNode new]; //創建一個 _YYLinkedMapNode
node->_cost = cost;
node->_time = now;
node->_key = key;
node->_value = object;
[_lru insertNodeAtHead:node]; //插入操作，把最新的node放到雙鏈表的頭部
}
if (_lru->_totalCost > _costLimit) { //如果內存花銷超出了最大限制的內存大小
dispatch_async(_queue, ^{
[self trimToCost:_costLimit]; //刪除雙鏈表的尾部節點
});
}
if (_lru->_totalCount > _countLimit) { //如果超出緩存數量，也是刪除雙鏈表的尾節點
_YYLinkedMapNode *node = [_lru removeTailNode];
if (_lru->_releaseAsynchronously) { //當前線程的判斷
dispatch_queue_t queue = _lru->_releaseOnMainThread ? dispatch_get_main_queue() : YYMemoryCacheGetReleaseQueue();
dispatch_async(queue, ^{
[node class]; //hold and release in queue
});
} else if (_lru->_releaseOnMainThread && !pthread_main_np()) {
dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
[node class]; //hold and release in queue
});
}
}
pthread_mutex_unlock(&_lock); //解鎖
}
查詢某個key
- (id)objectForKey:(id)key {
if (!key) return nil;
pthread_mutex_lock(&_lock); //加鎖
_YYLinkedMapNode *node = CFDictionaryGetValue(_lru->_dic, (__bridge const void *)(key));
if (node) {
node->_time = CACurrentMediaTime(); //更改當前node的時間
[_lru bringNodeToHead:node]; //把查找到的node,移到雙向鏈表的頭部
}
pthread_mutex_unlock(&_lock); //解鎖
return node ? node->_value : nil; //利用三目運算符，進行返回value or nil。
}
總結：（三種常見的操作）
1. 插入： 沒有對應key,只需要把新的數據插入到雙鏈表的頭部
2. 替換： 有對應的key, 修改時間，value,並把數據移到雙鏈表的頭部，加上是否超出內存大小限制，是否超出文件數量限制，如果有，就移除雙鏈表的尾節點。
3. 查找： 有對應的key，返回值，並修改node的time,並把數據移到雙鏈表的頭部， 無對應的key,返回nil 。
2. 硬盤緩存(YYDiskCache)
采用的是文件和數據庫相互配合的方式.
有一個參數inlineThreshold,默認20KB,小於它存數據庫,大於它存文件.能獲得效率的提高.
key:path,value:cache存儲在NSMapTable裡.根據path獲得cache,進行一系列的set,get,remove操作
更底層的是YYKVStorage,它能直接對sqlite和文件系統進行讀寫.
每次內存超過限制時,select key, filename, size from manifest order by last_access_time desc limit ?1
會根據時間排序來刪除最近不常用的數據.
硬盤訪問的時間比較長,如果用OSSpinLockLock鎖會造成CPU消耗過大,所以用的dispatch_semaphore_wait來做.
YYDiskCache的核心部分是YYKVStorage. YYKVStorage解析:不直接使用，通過YYDiskCache調用。 1. 新增OR替換操作
- (BOOL)saveItem:(YYKVStorageItem *)item {
return [self saveItemWithKey:item.key value:item.value filename:item.filename extendedData:item.extendedData];
}
- (BOOL)saveItemWithKey:(NSString *)key value:(NSData *)value {
return [self saveItemWithKey:key value:value filename:nil extendedData:nil];
}
- (BOOL)saveItemWithKey:(NSString *)key value:(NSData *)value filename:(NSString *)filename extendedData:(NSData *)extendedData {
if (key.length == 0 || value.length == 0) return NO;
if (_type == YYKVStorageTypeFile && filename.length == 0) {
return NO;
}
if (filename.length) { //保存文件操作
if (![self _fileWriteWithName:filename data:value]) { //保存到文件
return NO;
}
if (![self _dbSaveWithKey:key value:value fileName:filename extendedData:extendedData]) { //保存到數據庫如果失敗，就刪除掉這個文件名的文件
[self _fileDeleteWithName:filename];
return NO;
}
return YES;
} else {
if (_type != YYKVStorageTypeSQLite) { //文件保存方式
NSString *filename = [self _dbGetFilenameWithKey:key]; //獲取文件名
if (filename) {
[self _fileDeleteWithName:filename]; //刪除這個文件
}
}
return [self _dbSaveWithKey:key value:value fileName:nil extendedData:extendedData]; //保存到數據庫
}
}
文件保存操作
- (BOOL)_fileWriteWithName:(NSString *)filename data:(NSData *)data {
NSString *path = [_dataPath stringByAppendingPathComponent:filename];
return [data writeToFile:path atomically:NO]; //寫入文件
}
數據庫保存操作
- (BOOL)_dbSaveWithKey:(NSString *)key value:(NSData *)value fileName:(NSString *)fileName extendedData:(NSData *)extendedData {
NSString *sql = @"insert or replace into manifest (key, filename, size, inline_data, modification_time, last_access_time, extended_data) values (?1, ?2, ?3, ?4, ?5, ?6, ?7);";
sqlite3_stmt *stmt = [self _dbPrepareStmt:sql]; //把sql編譯成二進制 ，stmt輔助類型
if (!stmt) return NO;
int timestamp = (int)time(NULL);
sqlite3_bind_text(stmt, 1, key.UTF8String, -1, NULL); //綁定key
sqlite3_bind_text(stmt, 2, fileName.UTF8String, -1, NULL); //綁定 filename
sqlite3_bind_int(stmt, 3, (int)value.length); //綁定value
if (fileName.length == 0) {
sqlite3_bind_blob(stmt, 4, value.bytes, (int)value.length, 0);
} else {
sqlite3_bind_blob(stmt, 4, NULL, 0, 0);
}
sqlite3_bind_int(stmt, 5, timestamp);
sqlite3_bind_int(stmt, 6, timestamp);
sqlite3_bind_blob(stmt, 7, extendedData.bytes, (int)extendedData.length, 0);
//以上都是綁定各種參數
int result = sqlite3_step(stmt); //執行sql語句
if (result != SQLITE_DONE) {
if (_errorLogsEnabled) NSLog(@"%s line:%d sqlite insert error (%d): %s", __FUNCTION__, __LINE__, result, sqlite3_errmsg(_db));
return NO;
}
return YES;
}
2. 查找操作
- (YYKVStorageItem *)getItemForKey:(NSString *)key {
if (key.length == 0) return nil;
YYKVStorageItem *item = [self _dbGetItemWithKey:key excludeInlineData:NO]; //從數據庫返回對應的對象
if (item) {
[self _dbUpdateAccessTimeWithKey:key]; //更新這個key對應的對象時間
if (item.filename) {
item.value = [self _fileReadWithName:item.filename]; //從文件中取得對應key的value,並賦值
if (!item.value) { //如果value不存在，就把對應的key刪除掉
[self _dbDeleteItemWithKey:key];
item = nil;
}
}
}
return item;
}
數據庫查詢操作
- (YYKVStorageItem *)_dbGetItemWithKey:(NSString *)key excludeInlineData:(BOOL)excludeInlineData {
NSString *sql = excludeInlineData ? @"select key, filename, size, modification_time, last_access_time, extended_data from manifest where key = ?1;" : @"select key, filename, size, inline_data, modification_time, last_access_time, extended_data from manifest where key = ?1;"; //sql語句拼接，通過key去查看對應的YYKVStorageItem.
sqlite3_stmt *stmt = [self _dbPrepareStmt:sql];
if (!stmt) return nil;
sqlite3_bind_text(stmt, 1, key.UTF8String, -1, NULL); //綁定參數
YYKVStorageItem *item = nil;
int result = sqlite3_step(stmt);
if (result == SQLITE_ROW) { //查詢成功的值
item = [self _dbGetItemFromStmt:stmt excludeInlineData:excludeInlineData]; //通過這個方法把打包好的YYKVStorageItem,進行賦值返回
} else {
if (result != SQLITE_DONE) {
if (_errorLogsEnabled) NSLog(@"%s line:%d sqlite query error (%d): %s", __FUNCTION__, __LINE__, result, sqlite3_errmsg(_db));
}
}
return item;
}
文件查詢操作
- (NSData *)_fileReadWithName:(NSString *)filename {
NSString *path = [_dataPath stringByAppendingPathComponent:filename]; //通過文件名，拼接路徑
NSData *data = [NSData dataWithContentsOfFile:path]; //返回對應的data
return data;
}
3. 刪除操作
- (BOOL)removeItemForKey:(NSString *)key {
if (key.length == 0) return NO;
switch (_type) {
case YYKVStorageTypeSQLite: {
return [self _dbDeleteItemWithKey:key]; //數據庫緩存
} break;
case YYKVStorageTypeFile:
case YYKVStorageTypeMixed: {
NSString *filename = [self _dbGetFilenameWithKey:key]; //獲取文件名
if (filename) {
[self _fileDeleteWithName:filename]; //文件緩存
}
return [self _dbDeleteItemWithKey:key]; //數據庫緩存
} break;
default: return NO;
}
}
數據庫緩存刪除
- (BOOL)_dbDeleteItemWithKey:(NSString *)key {
NSString *sql = @"delete from manifest where key = ?1;"; //刪除sql語句
sqlite3_stmt *stmt = [self _dbPrepareStmt:sql]; //二進制數據庫輔助類型stmt
if (!stmt) return NO;
sqlite3_bind_text(stmt, 1, key.UTF8String, -1, NULL); //參數綁定
int result = sqlite3_step(stmt); //執行
if (result != SQLITE_DONE) { //結果 SQLITE_DONE 為成功
if (_errorLogsEnabled) NSLog(@"%s line:%d db delete error (%d): %s", __FUNCTION__, __LINE__, result, sqlite3_errmsg(_db));
return NO;
}
return YES;
}
文件緩存
- (BOOL)_fileDeleteWithName:(NSString *)filename {
NSString *path = [_dataPath stringByAppendingPathComponent:filename];
return [[NSFileManager defaultManager] removeItemAtPath:path error:NULL]; //刪除操作
}
那肯定有人問，咦， 怎麼YYCache類，還沒有冒頭呀。 哈哈，這個是我們最終使用的類喲。 也就是說，上面的什麼內存緩存呀，磁盤緩存呀，我們壓根就不是直接使用它們的，我們使用封裝好它們的YYCache類。 下面就開始介紹YYCache類。
直接上代碼：
@interface YYCache : NSObject
// 讀取當前數據庫名稱
@property (copy, readonly) NSString *name;
@property (strong, readonly) YYMemoryCache *memoryCache; //內存緩存
@property (strong, readonly) YYDiskCache *diskCache; //文件緩存
// 可通過下面三種方法來實例化YYCache對象
- (nullable instancetype)initWithName:(NSString *)name;
- (nullable instancetype)initWithPath:(NSString *)path NS_DESIGNATED_INITIALIZER;
+ (nullable instancetype)cacheWithPath:(NSString *)path;
// 禁止通過下面兩個方式實例化對象
- (instancetype)init UNAVAILABLE_ATTRIBUTE;
+ (instancetype)new __attribute__((unavailable("new方法不可用，請用initWithName:")));
// 通過key判斷是否緩存了某個東西，第二個法是異步執行,異步回調
- (BOOL)containsObjectForKey:(NSString *)key;
- (void)containsObjectForKey:(NSString *)key withBlock:(nullable void(^)(NSString *key, BOOL contains))block;
// 讀--通過key讀取緩存，第二個法是異步執行,異步回調
- (nullable id)objectForKey:(NSString *)key;
- (void)objectForKey:(NSString *)key withBlock:(nullable void(^)(NSString *key, id object))block;
// 增、改--緩存對象(可緩存遵從NSCoding協議的對象)，第二個法是異步執行,異步回調
- (void)setObject:(nullable id)object forKey:(NSString *)key;
- (void)setObject:(nullable id)object forKey:(NSString *)key withBlock:(nullable void(^)(void))block;
// 刪--刪除緩存
- (void)removeObjectForKey:(NSString *)key;
- (void)removeObjectForKey:(NSString *)key withBlock:(nullable void(^)(NSString *key))block;
- (void)removeAllObjects;
- (void)removeAllObjectsWithBlock:(void(^)(void))block;
- (void)removeAllObjectsWithProgressBlock:(nullable void(^)(int removedCount, int totalCount))progress
endBlock:(nullable void(^)(BOOL error))end;
@end
看了上面的代碼後，使用那就是更加簡單了
// 0.初始化YYCache
YYCache *cache = [YYCache cacheWithName:@"myFirstDb"];
// 1.緩存普通字符
[cache setObject:@"緩存" forKey:@"savaKey"];
NSString *name = (NSString *)[cache objectForKey:@"savaKey"]; //根據key取value
NSLog(@"name: %@", name);
// 2.緩存模型 （model需要遵循NSCoding協議）
[cache setObject:model forKey:@"user"];
// 異步緩存
[cache setObject:array forKey:@"user" withBlock:^{
}];
//讀取
[cache objectForKey:@"user" withBlock:^(NSString * _Nonnull key, id _Nonnull object) {
//讀取後操作
}];
本文總結：
由衷的佩服YYCache的作者， 真是太牛了，裡面用到了很多技巧，本文就寫到這裡。YYCache git地址：點擊打開鏈接
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