SDWebImage 實現原理

SDWebImage 是一個優秀的第三方開源庫支持異步的圖片下載+緩存

為什么要用 SDWebImage
  • 健全的Category
  • SDWebImagePrefetcher預加載
  • 獨立的下載模塊/緩存模塊
  • 異步下載,一行代碼調用,幾乎無需配置
  • 默認硬盤和內存緩存,自動管理
  • 支持 WebP Gif格式
  • 有防止重復下載,下載失敗重試等靈活的設置
缺點
  • 因緩存的圖片數據已解碼,故占用空間變大(這個也算不上缺點)
主要的幾個分類
  • SDWebImageDownloader
    -負責集中創建和管理DownloaderOperation
  • SDWebImageDownloaderOperation
    -每一個下載請求都是單獨的DownloaderOperation
  • SDImageCache
    -SDImageCache緩存分內存層面和硬盤層面兩個部分。
    -內存層相當于緩存器,以Key-Value的形式存儲圖片。當內存不夠的時候會清除所有緩存圖片。
    -用搜索文件系統的方式做管理,文件替換方式是以時間為單位,剔除時間大于一周的圖片文件。
    -當SDWebImageManagerSDImageCache要資源時,先搜索內存層面的數據,如果有直接返回,沒有的話去訪問磁盤,將圖片從磁盤讀取出來,然后做Decoder,將圖片對象放到內存層面做備份,再返回調用層。
  • SDWebImageManager
    -最核心的圖片操作管理類:
    -最外層是一個SDWebImageManager單例工具類管理另外兩個單例類,一個是作下載處理的SDWebImageDownloader,它管理多個下載操作SDWebImageDownloaderOperation,一個作緩存處理的SDImageCache
    大體執行過程:當我們需要下載圖片時,先讓SDImageCache從緩存中找,如果找不到就異步從硬盤中讀取圖片,如果讀取到就將圖片緩存到內存并回調給SDWebImageManager,如果找不到就讓SDWebImageDownloader執行下載操作,在 SDWebImageDownloaderOperation 單個圖片的下載操作中利用 NSURLConnection 執行下載,實現代理監聽下載進度等,下載完成后交給SDWebImageDecoder 圖片異步解碼,完成后回調給SDWebImageDownloader,再回調給SDWebImageManager,再讓SDImageCache去執行內存和磁盤(異步)的緩存操作。
  • SDWebImageDecoder
    -解壓縮,由于UIImage的imageWithData函數是每次畫圖的時候才將Data解壓成ARGB的圖像,
    -所以在每次畫圖的時候,會有一個解壓操作,這樣效率很低,但是只有瞬時的內存需求。
    -為了提高效率通過SDWebImageDecoder將包裝在Data下的資源解壓,然后畫在另外一張圖片上,這樣這張新圖片就不再需要重復解壓了。這種做法是典型的空間換時間的做法。
  • UIImageView+WebCache
    -常用方法類
  • SDWebImagePrefetcher
    -預先下載圖片
  • UIView+WebCacheOperation
    -緩存的Operation處理
核心結構
實現的具體過程:
實現緩存的邏輯圖

UIImageView+WebCache:

  1. 入口setImageWithURL:placeholderImage:options:會先把 placeholderImage顯示,然后SDWebImageManager根據 URL 開始處理圖片。
  2. 進入SDWebImageManager-downloadWithURL:delegate:options:userInfo:交給 SDImageCache從緩存查找圖片是否已經下載 queryDiskCacheForKey:delegate:userInfo:.
  3. 先從內存圖片緩存查找是否有圖片,如果內存中已經有圖片緩存SDImageCacheDelegate 回調 imageCache:didFindImage:forKey:userInfo: 到 SDWebImageManager。
  4. SDWebImageManagerDelegate回調 webImageManager:didFinishWithImage:UIImageView+WebCache等前端展示圖片。
  5. 如果內存緩存中沒有,生成 NSInvocationOperation添加到隊列開始從硬盤查找圖片是否已經緩存。
  6. 根據 URLKey 在硬盤緩存目錄下嘗試讀取圖片文件。這一步是在 NSOperation 進行的操作,所以回主線程進行結果回調 notifyDelegate:
  7. 如果上一操作從硬盤讀取到了圖片,將圖片添加到內存緩存中(如果空閑內存過小,會先清空內存緩存)。SDImageCacheDelegate 回調 imageCache:didFindImage:forKey:userInfo:。進而回調展示圖片。
  8. 如果從硬盤緩存目錄讀取不到圖片,說明所有緩存都不存在該圖片,需要下載圖片,回調 imageCache:didNotFindImageForKey:userInfo:
  9. 共享或重新生成一個下載器SDWebImageDownloader開始下載圖片。
  10. 圖片下載由NSURLConnection來做,實現相關 delegate 來判斷圖片下載中、下載完成和下載失敗。
  11. connection:didReceiveData: 中利用 ImageIO 做了按圖片下載進度加載效果。
  12. connectionDidFinishLoading: 數據下載完成后交給 SDWebImageDecoder 做圖片解碼處理。
  13. 圖片解碼處理在一個NSOperationQueue完成,不會拖慢主線程 UI。如果有需要對下載的圖片進行二次處理,最好也在這里完成,效率會好很多。
  14. 在主線程notifyDelegateOnMainThreadWithInfo: 宣告解碼完成imageDecoder:didFinishDecodingImage:userInfo:回調給 SDWebImageDownloader
  15. imageDownloader:didFinishWithImage: 回調給SDWebImageManager告知圖片下載完成。
  16. 通知所有的downloadDelegates下載完成,回調給需要的地方展示圖片。
  17. 將圖片保存到SDImageCache中,內存緩存和硬盤緩存同時保存。寫文件到硬盤也在以單獨NSInvocationOperation完成,避免拖慢主線程。
  18. SDImageCache在初始化的時候會注冊一些消息通知,在內存警告或退到后臺的時候清理內存圖片緩存,應用結束的時候清理過期圖片。
  19. SDWebImagePrefetcher 可以預先下載圖片,方便后續使用。
技術點

SDWebImage為了支持這些操作,主要使用了以下知識點:

  1. dispatch_barrier_sync函數:該方法用于對操作設置屏幕,確保在執行完任務后才會執行后續操作。該方法常用于確保類的線程安全性操作。
  2. NSMutableURLRequest:用于創建一個網絡請求對象,我們可以根據需要來配置請求報頭等信息。
  3. NSOperationNSOperationQueue:操作隊列是Objective-C中一種高級的并發處理方法,現在它是基于GCD來實現的。相對于GCD來說,操作隊列的優點是可以取消在任務處理隊列中的任務,另外在管理操作間的依賴關系方面也容易一些。對SDWebImage中我們就看到了如何使用依賴將下載順序設置成后進先出的順序。
  4. NSURLConnection:用于網絡請求及響應處理。在iOS7.0后,蘋果推出了一套新的網絡請求接口,即NSURLSession類。
  5. 開啟一個后臺任務。
  6. NSCache類:一個類似于集合的容器。它存儲key-value對,這一點類似于NSDictionary類。我們通常用使用緩存來臨時存儲短時間使用但創建昂貴的對象。重用這些對象可以優化性能,因為它們的值不需要重新計算。另外一方面,這些對象對于程序來說不是緊要的,在內存緊張時會被丟棄。
  7. 清理緩存圖片的策略:特別是最大緩存空間大小的設置。如果所有緩存文件的總大小超過這一大小,則會按照文件最后修改時間的逆序,以每次一半的遞歸來移除那些過早的文件,直到緩存的實際大小小于我們設置的最大使用空間。
  8. 對圖片的解壓縮操作:這一操作可以查看SDWebImageDecoder.m+decodedImageWithImage方法的實現。
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