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cache-bitmap.md

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Cached Bitmap

编写:kesenhoo - 原文:http://developer.android.com/training/displaying-bitmaps/cache-bitmap.html

加载单个Bitmap到UI是简单直接的，但是如果你需要一次加载大量的图片，事情则会变得复杂起来。在大多数情况下(例如在ListView,GridView or ViewPager), 显示图片的数量通常是没有限制的。

通过循环利用子视图可以抑制内存的使用，GC(garbage collector)也会释放那些不再需要使用的bitmap。这些机制都非常好，但是为了保持一个流畅的用户体验，你想要在屏幕滑回来时避免每次重复处理那些图片。内存与磁盘缓存通常可以起到帮助的作用，允许组件快速的重新加载那些处理过的图片。

这一课会介绍在加载多张位图时使用内存Cache与磁盘Cache来提高反应速度与UI的流畅度。

Use a Memory Cache(使用内存缓存)

内存缓存以花费宝贵的程序内存为前提来快速访问位图。LruCache 类(在Support Library 中也可以找到) 特别合适用来caching bitmaps，用一个strong referenced的 LinkedHashMap 来保存最近引用的对象，并且在Cache超出设置大小的时候踢出(evict)最近最少使用到的对象。

Note: 在过去, 一个比较流行的内存缓存实现方法是使用 SoftReference or WeakReference , 然而这是不推荐的。从Android 2.3 (API Level 9) 开始，GC变得更加频繁的去释放soft/weak references，这使得他们就显得效率低下. 而且在Android 3.0 (API Level 11)之前，备份的bitmap是存放在native memory 中，它不是以可预知的方式被释放，这样可能导致程序超出它的内存限制而崩溃。

为了给LruCache选择一个合适的大小，有下面一些因素需要考虑到：

  • 你的程序剩下了多少可用的内存?
  • 多少图片会被一次呈现到屏幕上？有多少图片需要准备好以便马上显示到屏幕？
  • 设备的屏幕大小与密度是多少? 一个具有特别高密度屏幕(xhdpi)的设备，像 Galaxy Nexus 会比 Nexus S (hdpi)需要一个更大的Cache来hold住同样数量的图片.
  • 位图的尺寸与配置是多少，会花费多少内存？
  • 图片被访问的频率如何？是其中一些比另外的访问更加频繁吗？如果是，也许你想要保存那些最常访问的到内存中，或者为不同组别的位图(按访问频率分组)设置多个LruCache 对象。
  • 你可以平衡质量与数量吗? 某些时候保存大量低质量的位图会非常有用，在加载更高质量图片的任务则交给另外一个后台线程。

没有指定的大小与公式能够适用与所有的程序，那取决于分析你的使用情况后提出一个合适的解决方案。一个太小的Cache会导致额外的花销却没有明显的好处，一个太大的Cache同样会导致java.lang.OutOfMemory的异常(Cache占用太多内存，其他活动则会因为内存不够而异常)，并且使得你的程序只留下小部分的内存用来工作。

下面是一个为bitmap建立LruCache 的示例：

private LruCache mMemoryCache;

@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
    ...
    // Get memory class of this device, exceeding this amount will throw an
    // OutOfMemory exception.
    final int memClass = ((ActivityManager) context.getSystemService(
            Context.ACTIVITY_SERVICE)).getMemoryClass();

    // Use 1/8th of the available memory for this memory cache.
    final int cacheSize = 1024 * 1024 * memClass / 8;

    mMemoryCache = new LruCache(cacheSize) {
        @Override
        protected int sizeOf(String key, Bitmap bitmap) {
            // The cache size will be measured in bytes rather than number of items.
            return bitmap.getByteCount();
        }
    };
    ...
}

public void addBitmapToMemoryCache(String key, Bitmap bitmap) {
    if (getBitmapFromMemCache(key) == null) {
        mMemoryCache.put(key, bitmap);
    }
}

public Bitmap getBitmapFromMemCache(String key) {
    return mMemoryCache.get(key);
}

**Note:**在上面的例子中, 有1/8的程序内存被作为Cache. 在一个常见的设备上(hdpi)，最小大概有4MB (32/8). 如果一个填满图片的GridView组件放置在800x480像素的手机屏幕上，大概会花费1.5MB (800x480x4 bytes), 因此缓存的容量大概可以缓存2.5页的图片内容.

当加载位图到 ImageView 时，LruCache 会先被检查是否存在这张图片。如果找到有，它会被用来立即更新 ImageView 组件，否则一个后台线程则被触发去处理这张图片。

public void loadBitmap(int resId, ImageView imageView) {
    final String imageKey = String.valueOf(resId);

    final Bitmap bitmap = getBitmapFromMemCache(imageKey);
    if (bitmap != null) {
        mImageView.setImageBitmap(bitmap);
    } else {
        mImageView.setImageResource(R.drawable.image_placeholder);
        BitmapWorkerTask task = new BitmapWorkerTask(mImageView);
        task.execute(resId);
    }
}

上面的程序中 BitmapWorkerTask 也需要做添加到内存Cache中的动作：

class BitmapWorkerTask extends AsyncTask {
    ...
    // Decode image in background.
    @Override
    protected Bitmap doInBackground(Integer... params) {
        final Bitmap bitmap = decodeSampledBitmapFromResource(
                getResources(), params[0], 100, 100));
        addBitmapToMemoryCache(String.valueOf(params[0]), bitmap);
        return bitmap;
    }
    ...
}

Use a Disk Cache(使用磁盘缓存)

内存缓存能够提高访问最近查看过的位图，但是你不能保证这个图片会在Cache中。像类似 GridView 等带有大量数据的组件很容易就填满内存Cache。你的程序可能会被类似Phone call等任务而中断，这样后台程序可能会被杀死，那么内存缓存就会被销毁。一旦用户恢复前面的状态，你的程序就又需要为每个图片重新处理。

磁盘缓存磁盘缓存可以用来保存那些已经处理好的位图，并且在那些图片在内存缓存中不可用时减少加载的次数。当然从磁盘读取图片会比从内存要慢，而且读取操作需要在后台线程中处理，因为磁盘读取操作是不可预期的。

**Note:**如果图片被更频繁的访问到，也许使用 ContentProvider 会更加的合适，比如在Gallery程序中。

在下面的sample code中实现了一个基本的 DiskLruCache 。然而，Android 4.0 的源代码提供了一个更加robust并且推荐使用的DiskLruCache 方案。(libcore/luni/src/main/java/libcore/io/DiskLruCache.java). 因为向后兼容，所以在前面发布的Android版本中也可以直接使用。 (quick search 提供了一个实现这个解决方案的示例)。

private DiskLruCache mDiskCache;
private static final int DISK_CACHE_SIZE = 1024 * 1024 * 10; // 10MB
private static final String DISK_CACHE_SUBDIR = "thumbnails";

@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
    ...
    // Initialize memory cache
    ...
    File cacheDir = getCacheDir(this, DISK_CACHE_SUBDIR);
    mDiskCache = DiskLruCache.openCache(this, cacheDir, DISK_CACHE_SIZE);
    ...
}

class BitmapWorkerTask extends AsyncTask {
    ...
    // Decode image in background.
    @Override
    protected Bitmap doInBackground(Integer... params) {
        final String imageKey = String.valueOf(params[0]);

        // Check disk cache in background thread
        Bitmap bitmap = getBitmapFromDiskCache(imageKey);

        if (bitmap == null) { // Not found in disk cache
            // Process as normal
            final Bitmap bitmap = decodeSampledBitmapFromResource(
                    getResources(), params[0], 100, 100));
        }

        // Add final bitmap to caches
        addBitmapToCache(String.valueOf(imageKey, bitmap);

        return bitmap;
    }
    ...
}

public void addBitmapToCache(String key, Bitmap bitmap) {
    // Add to memory cache as before
    if (getBitmapFromMemCache(key) == null) {
        mMemoryCache.put(key, bitmap);
    }

    // Also add to disk cache
    if (!mDiskCache.containsKey(key)) {
        mDiskCache.put(key, bitmap);
    }
}

public Bitmap getBitmapFromDiskCache(String key) {
    return mDiskCache.get(key);
}

// Creates a unique subdirectory of the designated app cache directory. Tries to use external
// but if not mounted, falls back on internal storage.
public static File getCacheDir(Context context, String uniqueName) {
    // Check if media is mounted or storage is built-in, if so, try and use external cache dir
    // otherwise use internal cache dir
    final String cachePath = Environment.getExternalStorageState() == Environment.MEDIA_MOUNTED
            || !Environment.isExternalStorageRemovable() ?
                    context.getExternalCacheDir().getPath() : context.getCacheDir().getPath();

    return new File(cachePath + File.separator + uniqueName);
}

Note:即使是初始化磁盘缓存，也需要进行磁盘操作，所以不应该在主线程中进行。但是这也意味着在初始化之前缓存可以被访问。为了解决这种操作，在上面的实现中，lock object用来确保在磁盘缓存完成初始化之前，app无法对它进行读取。

内存缓存的检查是可以在UI线程中进行的，磁盘缓存的检查需要在后台线程中处理。磁盘操作永远都不应该在UI线程中发生。当图片处理完成后，最后的位图需要添加到内存缓存与磁盘缓存中，方便之后的使用。

Handle Configuration Changes(处理配置改变)

运行时配置改变，例如屏幕方向的改变会导致Android去destory并restart当前运行的Activity。(关于这一行为的更多信息，请参考Handling Runtime Changes). 你想要在配置改变时避免重新处理所有的图片，这样才能提供给用户一个良好的平滑过度的体验。

幸运的是，在前面介绍Use a Memory Cache的部分，你已经知道如何建立一个内存缓存。这个缓存可以通过使用一个Fragment去调用 setRetainInstance(true) 传递到新的Activity中。在这个activity被recreate之后, 这个保留的 Fragment 会被重新附着上。这样你就可以访问Cache对象，从中获取到图片信息并快速的重新添加到ImageView对象中。

下面配置改变时使用Fragment来重新获取LruCache 的示例：

private LruCache mMemoryCache;

@Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
    ...
    RetainFragment mRetainFragment =
            RetainFragment.findOrCreateRetainFragment(getFragmentManager());
    mMemoryCache = RetainFragment.mRetainedCache;
    if (mMemoryCache == null) {
        mMemoryCache = new LruCache(cacheSize) {
            ... // Initialize cache here as usual
        }
        mRetainFragment.mRetainedCache = mMemoryCache;
    }
    ...
}

class RetainFragment extends Fragment {
    private static final String TAG = "RetainFragment";
    public LruCache mRetainedCache;

    public RetainFragment() {}

    public static RetainFragment findOrCreateRetainFragment(FragmentManager fm) {
        RetainFragment fragment = (RetainFragment) fm.findFragmentByTag(TAG);
        if (fragment == null) {
            fragment = new RetainFragment();
        }
        return fragment;
    }

    @Override
    public void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setRetainInstance(true);
    }
}

为了测试上面的效果，尝试对比retaining 这个 Fragment.与没有这样做的时候去旋转屏幕。你会发现从内存缓存中重新绘制几乎没有卡的现象，而从磁盘缓存则显得稍慢，如果两个缓存中都没有，则处理速度像平时一样。