Android DiskLruCache 源代码解析 硬盘缓存的绝佳方案

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篇首语:本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理,主要介绍了Android DiskLruCache 源代码解析 硬盘缓存的绝佳方案相关的知识,希望对你有一定的参考价值。

转载请标明出处:
http://blog.csdn.net/lmj623565791/article/details/47251585
本文出自:【张鸿洋的博客】

一、概述

依然是整理东西。所以最近的博客涉及的东西可能会比較老一点,会分析一些经典的框架,我觉得可能也是每一个优秀的开发人员必须掌握的东西;那么对于Disk Cache,DiskLruCache能够算佼佼者了,所以我们就来分析下其源代码实现。

对于该库的使用。推荐老郭的blog Android DiskLruCache全然解析,硬盘缓存的最佳方案

假设你不是非常了解使用方法,那么注意以下的几点描写叙述,不然直接看源代码分析可能雨里雾里的。

  • 首先,这个框架会涉及到一个文件。叫做journal。这个文件里会存储每次读取操作的记录。
  • 对于获取一个DiskLruCache,是这种:

    DiskLruCache.open(directory, appVersion, 
                        valueCount, maxSize) ;
  • 关于存通常是这么使用的:

    String key = generateKey(url);  
    DiskLruCache.Editor editor = mDiskLruCache.edit(key); 
    OuputStream os = editor.newOutputStream(0); 

    由于每一个实体都是个文件。所以你能够觉得这个os指向一个文件的FileOutputStream。然后把你想存的东西写入即可了,写完以后记得调用:editor.commit()

  • 关于取通常是这种:

     DiskLruCache.Snapshot snapShot = mDiskLruCache.get(key);  
    if (snapShot != null) {  
        InputStream is = snapShot.getInputStream(0);  
    }

    还是那句。由于每一个实体都是文件,所以你返回的is是个FileInputStream,你能够利用is读取出里面的内容,然后do what you want .

好了,关于Cache最主要就是存取了,了解这几点,就能够往下去看源代码分析了。

还记得第一点说的journal文件么,首先就是它了。


二、journal文件

journal文件你打开以后呢,是这个格式;

libcore.io.DiskLruCache
1
1
1

DIRTY c3bac86f2e7a291a1a200b853835b664
CLEAN c3bac86f2e7a291a1a200b853835b664 4698
READ c3bac86f2e7a291a1a200b853835b664
DIRTY c59f9eec4b616dc6682c7fa8bd1e061f
CLEAN c59f9eec4b616dc6682c7fa8bd1e061f 4698
READ c59f9eec4b616dc6682c7fa8bd1e061f
DIRTY be8bdac81c12a08e15988555d85dfd2b
CLEAN be8bdac81c12a08e15988555d85dfd2b 99
READ be8bdac81c12a08e15988555d85dfd2b
DIRTY 536788f4dbdffeecfbb8f350a941eea3
REMOVE 536788f4dbdffeecfbb8f350a941eea3 

首先看前五行:

  • 第一行固定字符串libcore.io.DiskLruCache
  • 第二行DiskLruCache的版本,源代码中为常量1
  • 第三行为你的app的版本。当然这个是你自己传入指定的
  • 第四行指每一个key相应几个文件。一般为1
  • 第五行,空行

ok,以上5行能够称为该文件的文件头,DiskLruCache初始化的时候,假设该文件存在须要校验该文件头。

接下来的行。能够觉得是操作记录。

  • DIRTY 表示一个entry正在被写入(事实上就是把文件的OutputStream交给你了)。

    那么写入分两种情况。假设成功会紧接着写入一行CLEAN的记录。假设失败。会增加一行REMOVE记录。

  • REMOVE除了上述的情况呢,当你自己手动调用remove(key)方法的时候也会写入一条REMOVE记录。
  • READ就是说明有一次读取的记录。
  • 每一个CLEAN的后面还记录了文件的长度,注意可能会一个key相应多个文件,那么就会有多个数字(參照文件头第四行)。

从这里看出。仅仅有CLEAN且没有REMOVE的记录,才是真正可用的Cache Entry记录。

分析完journal文件,首先看看DiskLruCache的创建的代码。


三、DiskLruCache#open

public static DiskLruCache open(File directory, int appVersion, int valueCount, long maxSize)
      throws IOException {

    // If a bkp file exists, use it instead.
    File backupFile = new File(directory, JOURNAL_FILE_BACKUP);
    if (backupFile.exists()) {
      File journalFile = new File(directory, JOURNAL_FILE);
      // If journal file also exists just delete backup file.
      if (journalFile.exists()) {
        backupFile.delete();
      } else {
        renameTo(backupFile, journalFile, false);
      }
    }

    // Prefer to pick up where we left off.
    DiskLruCache cache = new DiskLruCache(directory, appVersion, valueCount, maxSize);
    if (cache.journalFile.exists()) {
      try {
        cache.readJournal();
        cache.processJournal();
        return cache;
      } catch (IOException journalIsCorrupt) {
        System.out
            .println("DiskLruCache "
                + directory
                + " is corrupt: "
                + journalIsCorrupt.getMessage()
                + ", removing");
        cache.delete();
      }
    }

    // Create a new empty cache.
    directory.mkdirs();
    cache = new DiskLruCache(directory, appVersion, valueCount, maxSize);
    cache.rebuildJournal();
    return cache;
  }

首先检查存不存在journal.bkp(journal的备份文件)

假设存在:然后检查journal文件是否存在。假设正主在,bkp文件就能够删除了。
假设不存在。将bkp文件重命名为journal文件。

接下里推断journal文件是否存在:

  • 假设不存在

    创建directory。又一次构造disklrucache;调用rebuildJournal建立journal文件

    /**
    * Creates a new journal that omits redundant information. This replaces the
    * current journal if it exists.
    */
    private synchronized void rebuildJournal() throws IOException {
    if (journalWriter != null) {
      journalWriter.close();
    }
    
    Writer writer = new BufferedWriter(
        new OutputStreamWriter(new FileOutputStream(journalFileTmp), Util.US_ASCII));
    try {
      writer.write(MAGIC);
      writer.write("\n");
      writer.write(VERSION_1);
      writer.write("\n");
      writer.write(Integer.toString(appVersion));
      writer.write("\n");
      writer.write(Integer.toString(valueCount));
      writer.write("\n");
      writer.write("\n");
    
      for (Entry entry : lruEntries.values()) {
        if (entry.currentEditor != null) {
          writer.write(DIRTY + ‘ ‘ + entry.key + ‘\n‘);
        } else {
          writer.write(CLEAN + ‘ ‘ + entry.key + entry.getLengths() + ‘\n‘);
        }
      }
    } finally {
      writer.close();
    }
    
    if (journalFile.exists()) {
      renameTo(journalFile, journalFileBackup, true);
    }
    renameTo(journalFileTmp, journalFile, false);
    journalFileBackup.delete();
    
    journalWriter = new BufferedWriter(
        new OutputStreamWriter(new FileOutputStream(journalFile, true), Util.US_ASCII));
    }
    

    能够看到首先构建一个journal.tmp文件,然后写入文件头(5行)。然后遍历lruEntries(lruEntries =
    new LinkedHashMap<String, Entry>(0, 0.75f, true);
    )。当然我们这里没有不论什么数据。

    接下来将tmp文件重命名为journal文件。

  • 假设存在

    假设已经存在,那么调用readJournal

    private void readJournal() throws IOException {
    StrictLineReader reader = new StrictLineReader(new FileInputStream(journalFile), Util.US_ASCII);
    try {
      String magic = reader.readLine();
      String version = reader.readLine();
      String appVersionString = reader.readLine();
      String valueCountString = reader.readLine();
      String blank = reader.readLine();
      if (!MAGIC.equals(magic)
          || !VERSION_1.equals(version)
          || !Integer.toString(appVersion).equals(appVersionString)
          || !Integer.toString(valueCount).equals(valueCountString)
          || !"".equals(blank)) {
        throw new IOException("unexpected journal header: [" + magic + ", " + version + ", "
            + valueCountString + ", " + blank + "]");
      }
    
      int lineCount = 0;
      while (true) {
        try {
          readJournalLine(reader.readLine());
          lineCount++;
        } catch (EOFException endOfJournal) {
          break;
        }
      }
      redundantOpCount = lineCount - lruEntries.size();
    
      // If we ended on a truncated line, rebuild the journal before appending to it.
      if (reader.hasUnterminatedLine()) {
        rebuildJournal();
      } else {
        journalWriter = new BufferedWriter(new OutputStreamWriter(
            new FileOutputStream(journalFile, true), Util.US_ASCII));
      }
    } finally {
      Util.closeQuietly(reader);
    }
    }

    首先校验文件头。接下来调用readJournalLine按行读取内容。我们来看看readJournalLine中的操作。

    private void readJournalLine(String line) throws IOException {
    int firstSpace = line.indexOf(‘ ‘);
    if (firstSpace == -1) {
      throw new IOException("unexpected journal line: " + line);
    }
    
    int keyBegin = firstSpace + 1;
    int secondSpace = line.indexOf(‘ ‘, keyBegin);
    final String key;
    if (secondSpace == -1) {
      key = line.substring(keyBegin);
      if (firstSpace == REMOVE.length() && line.startsWith(REMOVE)) {
        lruEntries.remove(key);
        return;
      }
    } else {
      key = line.substring(keyBegin, secondSpace);
    }
    
    Entry entry = lruEntries.get(key);
    if (entry == null) {
      entry = new Entry(key);
      lruEntries.put(key, entry);
    }
    
    if (secondSpace != -1 && firstSpace == CLEAN.length() && line.startsWith(CLEAN)) {
      String[] parts = line.substring(secondSpace + 1).split(" ");
      entry.readable = true;
      entry.currentEditor = null;
      entry.setLengths(parts);
    } else if (secondSpace == -1 && firstSpace == DIRTY.length() && line.startsWith(DIRTY)) {
      entry.currentEditor = new Editor(entry);
    } else if (secondSpace == -1 && firstSpace == READ.length() && line.startsWith(READ)) {
      // This work was already done by calling lruEntries.get().
    } else {
      throw new IOException("unexpected journal line: " + line);
    }
    }

    大家能够回顾下:每一个记录至少有一个空格,有的包括两个空格。首先,拿到key,假设是REMOVE的记录呢,会调用lruEntries.remove(key);

    假设不是REMOVE记录。继续往下,假设该key没有增加到lruEntries,则创建而且增加。

    接下来。假设是CLEAN开头的合法记录,初始化entry,设置readable=true,currentEditor为null,初始化长度等。

    假设是DIRTY,设置currentEditor对象。

    假设是READ。那么直接无论。

    ok。经过上面这个过程,大家回顾下我们的记录格式,一般DIRTY不会单独出现。会和REMOVE、CLEAN成对出现(正常操作)。也就是说,经过上面这个流程,基本上增加到lruEntries里面的仅仅有CLEAN且没有被REMOVE的key。

    好了。回到readJournal方法。在我们按行读取的时候。会记录一下lineCount。然后最后给redundantOpCount赋值,这个变量记录的应该是无用的记录条数(文件的行数-真正能够的key的行数)。

    最后,假设读取过程中发现journal文件有问题。则重建journal文件。没有问题的话。初始化下journalWriter,关闭reader。

    readJournal完毕了,会继续调用processJournal()这种方法内部:

    private void processJournal() throws IOException {
    deleteIfExists(journalFileTmp);
    for (Iterator<Entry> i = lruEntries.values().iterator(); i.hasNext(); ) {
      Entry entry = i.next();
      if (entry.currentEditor == null) {
        for (int t = 0; t < valueCount; t++) {
          size += entry.lengths[t];
        }
      } else {
        entry.currentEditor = null;
        for (int t = 0; t < valueCount; t++) {
          deleteIfExists(entry.getCleanFile(t));
          deleteIfExists(entry.getDirtyFile(t));
        }
        i.remove();
      }
    }
    }

    统计全部可用的cache占领的容量,赋值给size;对于全部非法DIRTY状态(就是DIRTY单独出现的)的entry。假设存在文件则删除,而且从lruEntries中移除。此时,剩的就真的仅仅有CLEAN状态的key记录了。

ok。到此就初始化完毕了,太长了。根本记不住,我带大家总结下上面代码。

依据我们传入的dir,去找journal文件,假设找不到,则创建个。仅仅写入文件头(5行)。
假设找到。则遍历该文件,将里面全部的CLEAN记录的key。存到lruEntries中。

这么长的代码,事实上就两句话的意思。经过open以后。journal文件肯定存在了;lruEntries里面肯定有值了;size存储了当前全部的实体占领的容量;。


四、存入缓存

还记得,我们前面说过是怎么存的么?

String key = generateKey(url);  
DiskLruCache.Editor editor = mDiskLruCache.edit(key); 
OuputStream os = editor.newOutputStream(0); 
//...after op
editor.commit();

那么首先就是editor方法;

/**
   * Returns an editor for the entry named {@code key}, or null if another
   * edit is in progress.
   */
  public Editor edit(String key) throws IOException {
    return edit(key, ANY_SEQUENCE_NUMBER);
  }

  private synchronized Editor edit(String key, long expectedSequenceNumber) throws IOException {
      checkNotClosed();
    validateKey(key);
    Entry entry = lruEntries.get(key);
    if (expectedSequenceNumber != ANY_SEQUENCE_NUMBER && (entry == null
        || entry.sequenceNumber != expectedSequenceNumber)) {
      return null; // Snapshot is stale.
    }
    if (entry == null) {
      entry = new Entry(key);
      lruEntries.put(key, entry);
    } else if (entry.currentEditor != null) {
      return null; // Another edit is in progress.
    }

    Editor editor = new Editor(entry);
    entry.currentEditor = editor;

    // Flush the journal before creating files to prevent file leaks.
    journalWriter.write(DIRTY + ‘ ‘ + key + ‘\n‘);
    journalWriter.flush();
    return editor;
  }

首先验证key。能够必须是字母、数字、下划线、横线(-)组成,且长度在1-120之间。

然后通过key获取实体。由于我们是存,仅仅要不是正在编辑这个实体,理论上都能返回一个合法的editor对象。

所以接下来推断,假设不存在。则创建一个Entry增加到lruEntries中(假设存在。直接使用),然后为entry.currentEditor进行赋值为new Editor(entry);。最后在journal文件里写入一条DIRTY记录。代表这个文件正在被操作。

注意。假设entry.currentEditor != null不为null的时候。意味着该实体正在被编辑,会retrun null ;

拿到editor对象以后。就是去调用newOutputStream去获得一个文件输入流了。

/**
     * Returns a new unbuffered output stream to write the value at
     * {@code index}. If the underlying output stream encounters errors
     * when writing to the filesystem, this edit will be aborted when
     * {@link #commit} is called. The returned output stream does not throw
     * IOExceptions.
     */
    public OutputStream newOutputStream(int index) throws IOException {
      if (index < 0 || index >= valueCount) {
        throw new IllegalArgumentException("Expected index " + index + " to "
                + "be greater than 0 and less than the maximum value count "
                + "of " + valueCount);
      }
      synchronized (DiskLruCache.this) {
        if (entry.currentEditor != this) {
          throw new IllegalStateException();
        }
        if (!entry.readable) {
          written[index] = true;
        }
        File dirtyFile = entry.getDirtyFile(index);
        FileOutputStream outputStream;
        try {
          outputStream = new FileOutputStream(dirtyFile);
        } catch (FileNotFoundException e) {
          // Attempt to recreate the cache directory.
          directory.mkdirs();
          try {
            outputStream = new FileOutputStream(dirtyFile);
          } catch (FileNotFoundException e2) {
            // We are unable to recover. Silently eat the writes.
            return NULL_OUTPUT_STREAM;
          }
        }
        return new FaultHidingOutputStream(outputStream);
      }
    }

首先校验index是否在valueCount范围内,一般我们使用都是一个key相应一个文件所以传入的基本都是0。接下来就是通过entry.getDirtyFile(index);拿到一个dirty File对象,为什么叫dirty file呢。事实上就是个中转文件,文件格式为key.index.tmp。
将这个文件的FileOutputStream通过FaultHidingOutputStream封装下传给我们。

最后,别忘了我们通过os写入数据以后,须要调用commit方法。

public void commit() throws IOException {
      if (hasErrors) {
        completeEdit(this, false);
        remove(entry.key); // The previous entry is stale.
      } else {
        completeEdit(this, true);
      }
      committed = true;
    }

首先通过hasErrors推断。是否有错误发生。假设有调用completeEdit(this, false)且调用remove(entry.key);。假设没有就调用completeEdit(this, true);

那么这里这个hasErrors哪来的呢?还记得上面newOutputStream的时候,返回了一个os,这个os是FileOutputStream,可是经过了FaultHidingOutputStream封装么。这个类实际上就是重写了FilterOutputStream的write相关方法,将全部的IOException给屏蔽了,假设发生IOException就将hasErrors赋值为true.

这种设计还是非常nice的。否则直接将OutputStream返回给用户,假设出错没法检測。还须要用户手动去调用一些操作。

接下来看completeEdit方法。

private synchronized void completeEdit(Editor editor, boolean success) throws IOException {
    Entry entry = editor.entry;
    if (entry.currentEditor != editor) {
      throw new IllegalStateException();
    }

    // If this edit is creating the entry for the first time, every index must have a value.
    if (success && !entry.readable) {
      for (int i = 0; i < valueCount; i++) {
        if (!editor.written[i]) {
          editor.abort();
          throw new IllegalStateException("Newly created entry didn‘t create value for index " + i);
        }
        if (!entry.getDirtyFile(i).exists()) {
          editor.abort();
          return;
        }
      }
    }

    for (int i = 0; i < valueCount; i++) {
      File dirty = entry.getDirtyFile(i);
      if (success) {
        if (dirty.exists()) {
          File clean = entry.getCleanFile(i);
          dirty.renameTo(clean);
          long oldLength = entry.lengths[i];
          long newLength = clean.length();
          entry.lengths[i] = newLength;
          size = size - oldLength + newLength;
        }
      } else {
        deleteIfExists(dirty);
      }
    }

    redundantOpCount++;
    entry.currentEditor = null;
    if (entry.readable | success) {
      entry.readable = true;
      journalWriter.write(CLEAN + ‘ ‘ + entry.key + entry.getLengths() + ‘\n‘);
      if (success) {
        entry.sequenceNumber = nextSequenceNumber++;
      }
    } else {
      lruEntries.remove(entry.key);
      journalWriter.write(REMOVE + ‘ ‘ + entry.key + ‘\n‘);
    }
    journalWriter.flush();

    if (size > maxSize || journalRebuildRequired()) {
      executorService.submit(cleanupCallable);
    }
  }

首先推断if (success && !entry.readable)是否成功,且是第一次写入(假设曾经这个记录有值,则readable=true),内部的推断,我们都不会走,由于written[i]在newOutputStream的时候被写入true了。而且正常情况下。getDirtyFile是存在的。

接下来。假设成功。将dirtyFile 进行重命名为 cleanFile,文件名称为:key.index。然后刷新size的长度。

假设失败,则删除dirtyFile.

接下来,假设成功或者readable为true,将readable设置为true,写入一条CLEAN记录。假设第一次提交且失败,那么就会从lruEntries.remove(key),写入一条REMOVE记录。

写入缓存。肯定要控制下size。于是最后。推断是否超过了最大size,或者须要重建journal文件,什么时候须要重建呢?

 private boolean journalRebuildRequired() {
    final int redundantOpCompactThreshold = 2000;
    return redundantOpCount >= redundantOpCompactThreshold //
        && redundantOpCount >= lruEntries.size();
  }

假设redundantOpCount达到2000,且超过了lruEntries.size()就重建。这里就能够看到redundantOpCount的作用了。防止journal文件过大。

ok,到此我们的存入缓存就分析完毕了。再次总结下。首先调用editor。拿到指定的dirtyFile的OutputStream,你能够尽情的进行写操作,写完以后呢。记得调用commit.
commit中会检測是你是否发生IOException,假设没有发生,则将dirtyFile->cleanFile。将readable=true。写入CLEAN记录。

假设错误发生。则删除dirtyFile,从lruEntries中移除。然后写入一条REMOVE记录。


五、读取缓存

DiskLruCache.Snapshot snapShot = mDiskLruCache.get(key);  
if (snapShot != null) {  
  InputStream is = snapShot.getInputStream(0);  
}

那么首先看get方法:

public synchronized Snapshot get(String key) throws IOException {
    checkNotClosed();
    validateKey(key);
    Entry entry = lruEntries.get(key);
    if (entry == null) {
      return null;
    }

    if (!entry.readable) {
      return null;
    }

    // Open all streams eagerly to guarantee that we see a single published
    // snapshot. If we opened streams lazily then the streams could come
    // from different edits.
    InputStream[] ins = new InputStream[valueCount];
    try {
      for (int i = 0; i < valueCount; i++) {
        ins[i] = new FileInputStream(entry.getCleanFile(i));
      }
    } catch (FileNotFoundException e) {
      // A file must have been deleted manually!
      for (int i = 0; i < valueCount; i++) {
        if (ins[i] != null) {
          Util.closeQuietly(ins[i]);
        } else {
          break;
        }
      }
      return null;
    }

    redundantOpCount++;
    journalWriter.append(READ + ‘ ‘ + key + ‘\n‘);
    if (journalRebuildRequired()) {
      executorService.submit(cleanupCallable);
    }

    return new Snapshot(key, entry.sequenceNumber, ins, entry.lengths);
  }

get方法比較简单,假设取到的为null。或者readable=false,则返回null.否则将cleanFile的FileInputStream进行封装返回Snapshot,且写入一条READ语句。
然后getInputStream就是返回该FileInputStream了。

好了,到此,我们就分析完毕了创建DiskLruCache,存入缓存和取出缓存的源代码。

除此以外,另一些别的方法我们须要了解的。


六、其它方法

remove()

/**
   * Drops the entry for {@code key} if it exists and can be removed. Entries
   * actively being edited cannot be removed.
   *
   * @return true if an entry was removed.
   */
  public synchronized boolean remove(String key) throws IOException {
    checkNotClosed();
    validateKey(key);
    Entry entry = lruEntries.get(key);
    if (entry == null || entry.currentEditor != null) {
      return false;
    }

    for (int i = 0; i < valueCount; i++) {
      File file = entry.getCleanFile(i);
      if (file.exists() && !file.delete()) {
        throw new IOException("failed to delete " + file);
      }
      size -= entry.lengths[i];
      entry.lengths[i] = 0;
    }

    redundantOpCount++;
    journalWriter.append(REMOVE + ‘ ‘ + key + ‘\n‘);
    lruEntries.remove(key);

    if (journalRebuildRequired()) {
      executorService.submit(cleanupCallable);
    }

    return true;
  }

假设实体存在且不在被编辑,就能够直接进行删除。然后写入一条REMOVE记录。

与open相应还有个remove方法,大家在使用完毕cache后能够手动关闭。


close()

/** Closes this cache. Stored values will remain on the filesystem. */
  public synchronized void close() throws IOException {
    if (journalWriter == null) {
      return; // Already closed.
    }
    for (Entry entry : new ArrayList<Entry>(lruEntries.values())) {
      if (entry.currentEditor != null) {
        entry.currentEditor.abort();
      }
    }
    trimToSize();
    journalWriter.close();
    journalWriter = null;
  }

关闭前,会推断全部正在编辑的实体,调用abort方法,最后关闭journalWriter。

至于abort方法,事实上我们分析过了,就是存储失败的时候的逻辑:

public void abort() throws IOException {
      completeEdit(this, false);
    }

到此。我们的整个源代码分析就结束了。能够看到DiskLruCache,利用一个journal文件,保证了保证了cache实体的可用性(仅仅有CLEAN的可用),且获取文件的长度的时候能够通过在该文件的记录中读取。

利用FaultHidingOutputStream对FileOutPutStream非常好的对写入文件过程中是否错误发生进行捕获,而不是让用户手动去调用出错后的处理方法。

其内部的非常多细节都非常值得推敲。

只是也能够看到,存取的操作不是特别的easy使用,须要大家自己去操作文件流,但在存储比較小的数据的时候(不存在内存问题)。非常多时候还是希望有相似put(key,value),getAsT(key)等方法直接使用。

我看了ASimpleCache 提供的API属于比較好用的了。于是萌生想法,对DiskLruCache公开的API进行扩展。对外除了原有的存取方式以外,提供相似ASimpleCache那样比較简单的API用于存储,而内部的核心实现,依然是DiskLruCache原本的。

github地址: base-diskcache,欢迎star,fork。

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