概述
上一篇主要讲解了YYMemoryCache的文件结构，分析了YYMemoryCache类的相关方法，本章主要分析硬盘缓存类YYDiskCache。YYDiskCache通过文件和SQLite数据库两种方式存储缓存数据。YYKVStorage核心功能类，实现了文件读写和数据库读写的功能。
YYKVStorage
YYKVStorage定义了读写缓存数据的三种枚举类型，即
typedef NS_ENUM(NSUInteger, YYKVStorageType) {
//文件读取
YYKVStorageTypeFile = 0,
//数据库读写
YYKVStorageTypeSQLite = 1,
//根据策略决定使用文件还是数据库读写数据
YYKVStorageTypeMixed = 2,
};
由于读写数据的方式不同，YYKVStorage分别实现了数据库和文件的读写方式，下面分析主要方法。
初始化
调用initWithPath: type:方法进行初始化，指定了存储方式，创建了缓存文件夹和SQLite数据库用于存放缓存，打开并初始化数据库。下面是部分代码注释：
- (instancetype)initWithPath:(NSString *)path type:(YYKVStorageType)type {
...
self = [super init];
_path = path.copy;
_type = type; //指定存储方式，是数据库还是文件存储
_dataPath = [path stringByAppendingPathComponent:kDataDirectoryName]; //缓存数据的文件路径
_trashPath = [path stringByAppendingPathComponent:kTrashDirectoryName]; //存放垃圾缓存数据的文件路径
_trashQueue = dispatch_queue_create("com.ibireme.cache.disk.trash", DISPATCH_QUEUE_SERIAL);
_dbPath = [path stringByAppendingPathComponent:kDBFileName]; //数据库路径
_errorLogsEnabled = YES;
NSError *error = nil;
//创建缓存数据的文件夹和垃圾缓存数据的文件夹
if (![[NSFileManager defaultManager] createDirectoryAtPath:path
withIntermediateDirectories:YES
attributes:nil
error:&error] ||
![[NSFileManager defaultManager] createDirectoryAtPath:[path stringByAppendingPathComponent:kDataDirectoryName]
withIntermediateDirectories:YES
attributes:nil
error:&error] ||
![[NSFileManager defaultManager] createDirectoryAtPath:[path stringByAppendingPathComponent:kTrashDirectoryName]
withIntermediateDirectories:YES
attributes:nil
error:&error]) {
NSLog(@"YYKVStorage init error:%@", error);
return nil;
}
//创建并打开数据库、在数据库中建表
if (![self _dbOpen] || ![self _dbInitialize]) {
// db file may broken...
[self _dbClose];
[self _reset]; // rebuild
if (![self _dbOpen] || ![self _dbInitialize]) {
[self _dbClose];
NSLog(@"YYKVStorage init error: fail to open sqlite db.");
return nil;
}
}
[self _fileEmptyTrashInBackground]; // empty the trash if failed at last time
return self;
}
_dbInitialize方法调用sql语句在数据库中创建一张表，代码如下：
- (BOOL)_dbInitialize {
NSString *sql = @"pragma journal_mode = wal; pragma synchronous = normal; create table if not exists manifest (key text, filename text, size integer, inline_data blob, modification_time integer, last_access_time integer, extended_data blob, primary key(key)); create index if not exists last_access_time_idx on manifest(last_access_time);";
return [self _dbExecute:sql];
}
"pragma journal_mode = wal"表示使用WAL模式进行数据库操作，如果不指定，默认DELETE模式，是"journal_mode=DELETE"。使用WAL模式时，改写操作数据库的操作会先写入WAL文件，而暂时不改动数据库文件，当执行checkPoint方法时，WAL文件的内容被批量写入数据库。checkPoint操作会自动执行，也可以改为手动。WAL模式的优点是支持读写并发，性能更高，但是当wal文件很大时，需要调用checkPoint方法清空wal文件中的内容。关于WAL模式，可以参考这篇文章。
dataPath和trashPath用于文件的方式读写缓存数据，当dataPath中的部分缓存数据需要被清除时，先将其移至trashPath中，然后统一清空trashPath中的数据，类似回收站的思路。_dbPath是数据库文件，需要创建并初始化，下面是路径：
调用_dbOpen方法创建和打开数据库manifest.sqlite，调用_dbInitialize方法创建数据库中的表。调用_fileEmptyTrashInBackground方法将trash目录中的缓存数据删除。
YYKVStorageItem
YYKVStorageItem封装了每次写入硬盘的数据，代码如下：
@interface YYKVStorageItem : NSObject
@property (nonatomic, strong) NSString *key; //缓存数据的key
@property (nonatomic, strong) NSData *value; //缓存数据的value
@property (nullable, nonatomic, strong) NSString *filename; //缓存文件名(文件缓存时有用)
@property (nonatomic) int size; //数据大小
@property (nonatomic) int modTime; //数据修改时间(用于更新相同key的缓存)
@property (nonatomic) int accessTime; //数据访问时间
@property (nullable, nonatomic, strong) NSData *extendedData; //附加数据
@end
缓存数据是按一条记录的格式存入数据库的，这条SQL记录包含的字段如下：
key（键）、fileName（文件名）、size（大小）、inline_data（value/二进制数据）、modification_time（修改时间）、last_access_time（最后访问时间）、extended_data（附加数据）
描述了这条缓存数据的相关信息，对应YYKVStorageItem对象的各个属性。
写入缓存数据
通过saveItemWithKey: value: filename: extendedData:方法将缓存数据写入硬盘，代码注释如下：
- (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;
}
//如果有文件名，说明需要写入文件中
if (filename.length) {
if (![self _fileWriteWithName:filename data:value]) { //写数据进文件
return NO;
}
//写文件进数据库
if (![self _dbSaveWithKey:key value:value fileName:filename extendedData:extendedData]) {
[self _fileDeleteWithName:filename]; //写失败，同时删除文件中的数据
return NO;
}
return YES;
} else {
if (_type != YYKVStorageTypeSQLite) {
NSString *filename = [self _dbGetFilenameWithKey:key]; //从文件中删除缓存
if (filename) {
[self _fileDeleteWithName:filename];
}
}
//写入数据库
return [self _dbSaveWithKey:key value:value fileName:nil extendedData:extendedData];
}
}
该方法首先判断fileName即文件名是否为空，如果存在，则调用_fileWriteWithName方法将缓存的数据写入文件系统中，同时将数据写入数据库，需要注意的是，调用_dbSaveWithKey:value:fileName:extendedData:方法会创建一条SQL记录写入表中，
代码注释如下：
- (BOOL)_dbSaveWithKey:(NSString *)key value:(NSData *)value fileName:(NSString *)fileName extendedData:(NSData *)extendedData {
//构建sql语句，将一条记录添加进manifest表
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]; //准备sql语句，返回stmt指针
if (!stmt) return NO;
int timestamp = (int)time(NULL);
sqlite3_bind_text(stmt, 1, key.UTF8String, -1, NULL); //绑定参数值对应"?1"
sqlite3_bind_text(stmt, 2, fileName.UTF8String, -1, NULL); //绑定参数值对应"?2"
sqlite3_bind_int(stmt, 3, (int)value.length);
if (fileName.length == 0) { //如果fileName不存在，绑定参数值value.bytes对应"?4"
sqlite3_bind_blob(stmt, 4, value.bytes, (int)value.length, 0);
} else { //如果fileName存在，不绑定，"?4"对应的参数值为null
sqlite3_bind_blob(stmt, 4, NULL, 0, 0);
}
sqlite3_bind_int(stmt, 5, timestamp); //绑定参数值对应"?5"
sqlite3_bind_int(stmt, 6, timestamp); //绑定参数值对应"?6"
sqlite3_bind_blob(stmt, 7, extendedData.bytes, (int)extendedData.length, 0); //绑定参数值对应"?7"
int result = sqlite3_step(stmt); //开始执行sql语句
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;
}
该方法首先创建sql语句，value括号中的参数"?"表示参数需要通过变量绑定，"?"后面的数字表示绑定变量对应的索引号，如果VALUES (?1, ?1, ?2)，则可以用同一个值绑定多个变量。
然后调用_dbPrepareStmt方法构建数据位置指针stmt，标记查询到的数据位置，sqlite3_prepare_v2()方法进行数据库操作的准备工作，第一个参数为成功打开的数据库指针db，第二个参数为要执行的sql语句，第三个参数为stmt指针的地址，这个方法也会返回一个int值，作为标记状态是否成功。
接着调用sqlite3_bind_text()方法将实际值作为变量绑定sql中的"?"参数，序号对应"?"后面对应的数字。不同类型的变量调用不同的方法，例如二进制数据是sqlite3_bind_blob方法。
同时判断如果fileName存在，则生成的sql语句只绑定数据的相关描述，不绑定inline_data，即实际存储的二进制数据，因为该缓存之前已经将二进制数据写进文件。这样做可以防止缓存数据同时写入文件和数据库，造成缓存空间的浪费。如果fileName不存在，则只写入数据库中，这时sql语句绑定inline_data，不绑定fileName。
最后执行sqlite3_step方法执行sql语句，对stmt指针进行移动，并返回一个int值。
删除缓存数据
-
removeItemForKey:方法
该方法删除指定key对应的缓存数据，区分type，如果是YYKVStorageTypeSQLite，调用_dbDeleteItemWithKey:从数据库中删除对应key的缓存记录，如下：
- (BOOL)_dbDeleteItemWithKey:(NSString *)key { NSString *sql = @"delete from manifest where key = ?1;"; //sql语句 sqlite3_stmt *stmt = [self _dbPrepareStmt:sql]; //准备stmt if (!stmt) return NO; sqlite3_bind_text(stmt, 1, key.UTF8String, -1, NULL); //绑定参数 int result = sqlite3_step(stmt); //执行sql语句 ... return YES; }如果是YYKVStorageTypeFile或者YYKVStorageTypeMixed，说明可能缓存数据之前可能被写入文件中，判断方法是调用_dbGetFilenameWithKey:方法从数据库中查找key对应的SQL记录的fileName字段。该方法的流程和上面的方法差不多，只是sql语句换成了select查询语句。如果查询到fileName，说明数据之前写入过文件中，调用_fileDeleteWithName方法删除数据，同时删除数据库中的记录。否则只从数据库中删除SQL记录。
-
removeItemForKeys:方法
该方法和上一个方法类似，删除一组key对应的缓存数据，同样区分type，对于YYKVStorageTypeSQLite，调用_dbDeleteItemWithKeys:方法指定sql语句删除一组记录，如下：
- (BOOL)_dbDeleteItemWithKeys:(NSArray *)keys { if (![self _dbCheck]) return NO; //构建sql语句 NSString *sql = [NSString stringWithFormat:@"delete from manifest where key in (%@);", [self _dbJoinedKeys:keys]]; sqlite3_stmt *stmt = NULL; int result = sqlite3_prepare_v2(_db, sql.UTF8String, -1, &stmt, NULL); ... //绑定变量 [self _dbBindJoinedKeys:keys stmt:stmt fromIndex:1]; result = sqlite3_step(stmt); //执行参数 sqlite3_finalize(stmt); //对stmt指针进行关闭 ... return YES; }其中_dbJoinedKeys:方法是拼装,?,?,?格式，_dbBindJoinedKeys:stmt:fromIndex:方法绑定变量和参数，如果?后面没有参数，则sqlite3_bind_text方法的第二个参数，索引值依次对应sql后面的"?"。
如果是YYKVStorageTypeFile或者YYKVStorageTypeMixed，通过_dbGetFilenameWithKeys:方法返回一组fileName，根据每一个fileName删除文件中的缓存数据，同时删除数据库中的记录，否则只从数据库中删除SQL记录。
removeItemsLargerThanSize:方法删除那些size大于指定size的缓存数据。同样是区分type，删除的逻辑也和上面的方法一致。_dbDeleteItemsWithSizeLargerThan方法除了sql语句不同，操作数据库的步骤相同。_dbCheckpoint方法调用sqlite3_wal_checkpoint方法进行checkpoint操作，将数据同步到数据库中。
其余的remove方法也都是根据一些筛选条件，删除不符合条件的数据，调用不同的sql语句实现这些数据库的操作，不详细分析了。
读取缓存数据
-
getItemValueForKey:方法
该方法通过key访问缓存数据value，区分type，如果是YYKVStorageTypeFile，调用_dbGetValueWithKey:方法从数据库中查询key对应的记录中的inline_data。如果是YYKVStorageTypeFile，首先调用_dbGetFilenameWithKey:方法从数据库中查询key对应的记录中的filename，根据filename从文件中删除对应缓存数据。如果是YYKVStorageTypeMixed，同样先获取filename，根据filename是否存在选择用相应的方式访问。代码注释如下：
- (NSData *)getItemValueForKey:(NSString *)key { if (key.length == 0) return nil; NSData *value = nil; switch (_type) { case YYKVStorageTypeFile: { NSString *filename = [self _dbGetFilenameWithKey:key]; //从数据库中查找filename if (filename) { value = [self _fileReadWithName:filename]; //根据filename读取数据 if (!value) { [self _dbDeleteItemWithKey:key]; //如果没有读取到缓存数据，从数据库中删除记录，保持数据同步 value = nil; } } } break; case YYKVStorageTypeSQLite: { value = [self _dbGetValueWithKey:key]; //直接从数据中取inline_data } break; case YYKVStorageTypeMixed: { NSString *filename = [self _dbGetFilenameWithKey:key]; //从数据库中查找filename if (filename) { value = [self _fileReadWithName:filename]; //根据filename读取数据 if (!value) { [self _dbDeleteItemWithKey:key]; //保持数据同步 value = nil; } } else { value = [self _dbGetValueWithKey:key]; //直接从数据中取inline_data } } break; } if (value) { [self _dbUpdateAccessTimeWithKey:key]; //更新访问时间 } return value; }调用方法用于更新该数据的访问时间，即sql记录中的last_access_time字段。
-
getItemForKey:方法
该方法通过key访问数据，返回YYKVStorageItem封装的缓存数据。首先调用_dbGetItemWithKey:excludeInlineData:从数据库中查询，下面是代码注释：
- (YYKVStorageItem *)_dbGetItemWithKey:(NSString *)key excludeInlineData:(BOOL)excludeInlineData { //查询sql语句，是否排除inline_data 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;"; sqlite3_stmt *stmt = [self _dbPrepareStmt:sql]; //准备工作，构建stmt if (!stmt) return nil; sqlite3_bind_text(stmt, 1, key.UTF8String, -1, NULL); //绑定参数 YYKVStorageItem *item = nil; int result = sqlite3_step(stmt); //执行sql语句 if (result == SQLITE_ROW) { item = [self _dbGetItemFromStmt:stmt excludeInlineData:excludeInlineData]; //取出查询记录中的各个字段，用YYKVStorageItem封装并返回 } else { if (result != SQLITE_DONE) { if (_errorLogsEnabled) NSLog(@"%s line:%d sqlite query error (%d): %s", __FUNCTION__, __LINE__, result, sqlite3_errmsg(_db)); } } return item; }sql语句是查询符合key值的记录中的各个字段，例如缓存的key、大小、二进制数据、访问时间等信息， excludeInlineData表示查询数据时，是否要排除inline_data字段，即是否查询二进制数据，执行sql语句后，通过stmt指针和_dbGetItemFromStmt:excludeInlineData:方法取出各个字段，并创建YYKVStorageItem对象，将记录的各个字段赋值给各个属性，代码注释如下：
- (YYKVStorageItem *)_dbGetItemFromStmt:(sqlite3_stmt *)stmt excludeInlineData:(BOOL)excludeInlineData { int i = 0; char *key = (char *)sqlite3_column_text(stmt, i++); //key char *filename = (char *)sqlite3_column_text(stmt, i++); //filename int size = sqlite3_column_int(stmt, i++); //数据大小 const void *inline_data = excludeInlineData ? NULL : sqlite3_column_blob(stmt, i); //二进制数据 int inline_data_bytes = excludeInlineData ? 0 : sqlite3_column_bytes(stmt, i++); int modification_time = sqlite3_column_int(stmt, i++); //修改时间 int last_access_time = sqlite3_column_int(stmt, i++); //访问时间 const void *extended_data = sqlite3_column_blob(stmt, i); //附加数据 int extended_data_bytes = sqlite3_column_bytes(stmt, i++); //用YYKVStorageItem对象封装 YYKVStorageItem *item = [YYKVStorageItem new]; if (key) item.key = [NSString stringWithUTF8String:key]; if (filename && *filename != 0) item.filename = [NSString stringWithUTF8String:filename]; item.size = size; if (inline_data_bytes > 0 && inline_data) item.value = [NSData dataWithBytes:inline_data length:inline_data_bytes]; item.modTime = modification_time; item.accessTime = last_access_time; if (extended_data_bytes > 0 && extended_data) item.extendedData = [NSData dataWithBytes:extended_data length:extended_data_bytes]; return item; //返回YYKVStorageItem对象 }最后取出YYKVStorageItem对象后，判断filename属性是否存在，如果存在说明缓存的二进制数据写进了文件中，此时返回的YYKVStorageItem对象的value属性是nil，需要调用_fileReadWithName:方法从文件中读取数据，并赋值给YYKVStorageItem的value属性。代码注释如下：
- (YYKVStorageItem *)getItemForKey:(NSString *)key { if (key.length == 0) return nil; //从数据库中查询记录，返回YYKVStorageItem对象，封装了缓存数据的信息 YYKVStorageItem *item = [self _dbGetItemWithKey:key excludeInlineData:NO]; if (item) { [self _dbUpdateAccessTimeWithKey:key]; //更新访问时间 if (item.filename) { //filename存在，按照item.value从文件中读取 item.value = [self _fileReadWithName:item.filename]; ... } } return item; } -
getItemForKeys:方法
返回一组YYKVStorageItem对象信息，调用_dbGetItemWithKeys:excludeInlineData:方法获取一组YYKVStorageItem对象。访问逻辑和getItemForKey:方法类似，sql语句的查询条件改为多个key匹配。
-
getItemValueForKeys:方法
返回一组缓存数据，调用getItemForKeys:方法获取一组YYKVStorageItem对象后，取出其中的value，存入一个临时字典对象后返回。
YYDiskCache
YYDiskCache是上层调用YYKVStorage的类，对外提供了存、删、查、边界控制的方法。内部维护了三个变量，如下：
@implementation YYDiskCache {
YYKVStorage *_kv;
dispatch_semaphore_t _lock;
dispatch_queue_t _queue;
}
_kv用于缓存数据，_lock是信号量变量，用于多线程访问数据时的同步操作。
初始化方法
initWithPath:inlineThreshold:方法用于初始化，下面是代码注释：
- (instancetype)initWithPath:(NSString *)path
inlineThreshold:(NSUInteger)threshold {
...
YYKVStorageType type;
if (threshold == 0) {
type = YYKVStorageTypeFile;
} else if (threshold == NSUIntegerMax) {
type = YYKVStorageTypeSQLite;
} else {
type = YYKVStorageTypeMixed;
}
YYKVStorage *kv = [[YYKVStorage alloc] initWithPath:path type:type];
if (!kv) return nil;
_kv = kv;
_path = path;
_lock = dispatch_semaphore_create(1);
_queue = dispatch_queue_create("com.ibireme.cache.disk", DISPATCH_QUEUE_CONCURRENT);
_inlineThreshold = threshold;
_countLimit = NSUIntegerMax;
_costLimit = NSUIntegerMax;
_ageLimit = DBL_MAX;
_freeDiskSpaceLimit = 0;
_autoTrimInterval = 60;
[self _trimRecursively];
...
return self;
根据threshold参数决定缓存的type，默认threshold是20KB，会选择YYKVStorageTypeMixed方式，即根据缓存数据的size进一步决定。然后初始化YYKVStorage对象，信号量、各种limit参数。
写缓存
setObject:forKey:方法存储数据，首先判断type，如果是YYKVStorageTypeSQLite，则直接将数据存入数据库中，filename传nil，如果是YYKVStorageTypeFile或者YYKVStorageTypeMixed，则判断要存储的数据的大小，如果超过threshold（默认20KB），则需要将数据写入文件，并通过key生成filename。YYCache的作者认为当数据代销超过20KB时，写入文件速度更快。代码注释如下：
- (void)setObject:(id<NSCoding>)object forKey:(NSString *)key {
...
value = [NSKeyedArchiver archivedDataWithRootObject:object]; //序列化
...
NSString *filename = nil;
if (_kv.type != YYKVStorageTypeSQLite) {
if (value.length > _inlineThreshold) { //value大于阈值，用文件方式存储value
filename = [self _filenameForKey:key];
}
}
Lock();
[_kv saveItemWithKey:key value:value filename:filename extendedData:extendedData]; //filename存在，数据库中不写入value，即inline_data字段为空
Unlock();
}
读缓存
objectForKey:方法调用YYKVStorage对象的getItemForKey:方法读取数据，返回YYKVStorageItem对象，取出value属性，进行反序列化。
删除缓存
removeObjectForKey:方法调用YYKVStorage对象的removeItemForKey:方法删除缓存数据。
边界控制
在前一篇文章中，YYMemoryCache实现了内存缓存的LRU算法，YYDiskCache也试了LRU算法，在初始化的时候调用_trimRecursively方法每个一定时间检测一下缓存数据大小是否超过容量。
数据同步
YYMemoryCache使用了互斥锁来实现多线程访问数据的同步性，YYDiskCache使用了信号量来实现，下面是两个宏：
#define Lock() dispatch_semaphore_wait(self->_lock, DISPATCH_TIME_FOREVER)
#define Unlock() dispatch_semaphore_signal(self->_lock)
读写缓存数据的�方法中都调用了宏：
- (void)setObject:(id<NSCoding>)object forKey:(NSString *)key
{
...
Lock();
[_kv saveItemWithKey:key value:value filename:filename extendedData:extendedData];
Unlock();
}
- (id<NSCoding>)objectForKey:(NSString *)key {
Lock();
YYKVStorageItem *item = [_kv getItemForKey:key];
Unlock();
...
}
初始化方法创建信号量，dispatch_semaphore_create(1)，值是1。当线程调用写缓存的方法时，调用dispatch_semaphore_wait方法使信号量-1。同时线程B在读缓存时，由于信号量为0，遇到dispatch_semaphore_wait方法时会被阻塞。直到线程A写完数据时，调用dispatch_semaphore_signal方法时，信号量+1，线程B继续执行，读取数据。关于iOS中各种互斥锁性能的对比，可以参考作者的文章。
总结
YYCache库的分析到此为止，其中有许多代码值得学习。例如二级缓存的思想，LRU的实现，SQLite的WAL机制。文中许多地方的分析和思路，表达的不是很准确和清楚，希望通过今后的学习和练习，提升自己的水平，总之路漫漫其修远兮...
