SDWebImage 实现原理

SDWebImage 是一个优秀的第三方开源库支持异步的图片下载+缓存

为什么要用 SDWebImage
  • 健全的Category
  • SDWebImagePrefetcher预加载
  • 独立的下载模块/缓存模块
  • 异步下载,一行代码调用,几乎无需配置
  • 默认硬盘和内存缓存,自动管理
  • 支持 WebP Gif格式
  • 有防止重复下载,下载失败重试等灵活的设置
缺点
  • 因缓存的图片数据已解码,故占用空间变大(这个也算不上缺点)
主要的几个分类
  • SDWebImageDownloader
    -负责集中创建和管理DownloaderOperation
  • SDWebImageDownloaderOperation
    -每一个下载请求都是单独的DownloaderOperation
  • SDImageCache
    -SDImageCache缓存分内存层面和硬盘层面两个部分。
    -内存层相当于缓存器,以Key-Value的形式存储图片。当内存不够的时候会清除所有缓存图片。
    -用搜索文件系统的方式做管理,文件替换方式是以时间为单位,剔除时间大于一周的图片文件。
    -当SDWebImageManagerSDImageCache要资源时,先搜索内存层面的数据,如果有直接返回,没有的话去访问磁盘,将图片从磁盘读取出来,然后做Decoder,将图片对象放到内存层面做备份,再返回调用层。
  • SDWebImageManager
    -最核心的图片操作管理类:
    -最外层是一个SDWebImageManager单例工具类管理另外两个单例类,一个是作下载处理的SDWebImageDownloader,它管理多个下载操作SDWebImageDownloaderOperation,一个作缓存处理的SDImageCache
    大体执行过程:当我们需要下载图片时,先让SDImageCache从缓存中找,如果找不到就异步从硬盘中读取图片,如果读取到就将图片缓存到内存并回调给SDWebImageManager,如果找不到就让SDWebImageDownloader执行下载操作,在 SDWebImageDownloaderOperation 单个图片的下载操作中利用 NSURLConnection 执行下载,实现代理监听下载进度等,下载完成后交给SDWebImageDecoder 图片异步解码,完成后回调给SDWebImageDownloader,再回调给SDWebImageManager,再让SDImageCache去执行内存和磁盘(异步)的缓存操作。
  • SDWebImageDecoder
    -解压缩,由于UIImage的imageWithData函数是每次画图的时候才将Data解压成ARGB的图像,
    -所以在每次画图的时候,会有一个解压操作,这样效率很低,但是只有瞬时的内存需求。
    -为了提高效率通过SDWebImageDecoder将包装在Data下的资源解压,然后画在另外一张图片上,这样这张新图片就不再需要重复解压了。这种做法是典型的空间换时间的做法。
  • UIImageView+WebCache
    -常用方法类
  • SDWebImagePrefetcher
    -预先下载图片
  • UIView+WebCacheOperation
    -缓存的Operation处理
核心结构
实现的具体过程:
实现缓存的逻辑图

UIImageView+WebCache:

  1. 入口setImageWithURL:placeholderImage:options:会先把 placeholderImage显示,然后SDWebImageManager根据 URL 开始处理图片。
  2. 进入SDWebImageManager-downloadWithURL:delegate:options:userInfo:交给 SDImageCache从缓存查找图片是否已经下载 queryDiskCacheForKey:delegate:userInfo:.
  3. 先从内存图片缓存查找是否有图片,如果内存中已经有图片缓存SDImageCacheDelegate 回调 imageCache:didFindImage:forKey:userInfo: 到 SDWebImageManager。
  4. SDWebImageManagerDelegate回调 webImageManager:didFinishWithImage:UIImageView+WebCache等前端展示图片。
  5. 如果内存缓存中没有,生成 NSInvocationOperation添加到队列开始从硬盘查找图片是否已经缓存。
  6. 根据 URLKey 在硬盘缓存目录下尝试读取图片文件。这一步是在 NSOperation 进行的操作,所以回主线程进行结果回调 notifyDelegate:
  7. 如果上一操作从硬盘读取到了图片,将图片添加到内存缓存中(如果空闲内存过小,会先清空内存缓存)。SDImageCacheDelegate 回调 imageCache:didFindImage:forKey:userInfo:。进而回调展示图片。
  8. 如果从硬盘缓存目录读取不到图片,说明所有缓存都不存在该图片,需要下载图片,回调 imageCache:didNotFindImageForKey:userInfo:
  9. 共享或重新生成一个下载器SDWebImageDownloader开始下载图片。
  10. 图片下载由NSURLConnection来做,实现相关 delegate 来判断图片下载中、下载完成和下载失败。
  11. connection:didReceiveData: 中利用 ImageIO 做了按图片下载进度加载效果。
  12. connectionDidFinishLoading: 数据下载完成后交给 SDWebImageDecoder 做图片解码处理。
  13. 图片解码处理在一个NSOperationQueue完成,不会拖慢主线程 UI。如果有需要对下载的图片进行二次处理,最好也在这里完成,效率会好很多。
  14. 在主线程notifyDelegateOnMainThreadWithInfo: 宣告解码完成imageDecoder:didFinishDecodingImage:userInfo:回调给 SDWebImageDownloader
  15. imageDownloader:didFinishWithImage: 回调给SDWebImageManager告知图片下载完成。
  16. 通知所有的downloadDelegates下载完成,回调给需要的地方展示图片。
  17. 将图片保存到SDImageCache中,内存缓存和硬盘缓存同时保存。写文件到硬盘也在以单独NSInvocationOperation完成,避免拖慢主线程。
  18. SDImageCache在初始化的时候会注册一些消息通知,在内存警告或退到后台的时候清理内存图片缓存,应用结束的时候清理过期图片。
  19. SDWebImagePrefetcher 可以预先下载图片,方便后续使用。
技术点

SDWebImage为了支持这些操作,主要使用了以下知识点:

  1. 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。
  2. 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。
  3. NSOperationNSOperationQueue: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。
  4. 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。
  5. 开启一个后台任务。
  6. 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。
  7. 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。
  8. 对图片的解压缩操作:这一操作可以查看SDWebImageDecoder.m+decodedImageWithImage方法的实现。
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