设计一个移动应用的本地缓存机制

Posted 2020-09-30 zhchoutai

 在手机应用程序开发中，为了降低与服务端的交互次数，加快用户的响应速度，一般都会在ios设备中加一个缓存的机制，前面一篇文章介绍了iOS设备的内存缓存。这篇文章将设计一个本地缓存的机制。

功能需求

这个缓存机制满足以下这些功能。

1、能够将数据缓存到本地磁盘。

2、能够推断一个资源是否已经被缓存。假设已经被缓存。在请求同样的资源。先到本地磁盘搜索。

3、能够推断文件缓存什么时候过期。这里为了简单起见这里，我们在请求url资源的时候。给每次请求的文件设定一个过期的时间。

4、能够实现：假设文件已经被缓存，并且没有过期。这将本地的数据返回，否则又一次请求url。

5、能够实现：假设文件下载不成功或者下载没有完毕，下次打开程序的时候，移除这些没有成功或者没有下载完毕的文件。

6、能够实现：同一时候请求或者下载多个资源。

设计实现：

1、设计一个CacheItem类，用来请求一个web连接，它的一个实例表示一个缓存项。

这个CacheItem类，须要一个url创建一个NSURLConnection，去请求web资源。

使用CacheItem类主要用来请求web资源。

[plain] view plaincopy

1. /* ---------缓存项-------------- */  
2.   
3. @interface CacheItem : NSObject {  
4. @public  
5.   id<CacheItemDelegate> delegate;  
6.     //web地址  
7.   NSString              *remoteURL;  
8. @private  
9.     //是否正在下载  
10.   BOOL                  isDownloading;  
11.        //NSMutableData对象  
12.   NSMutableData         *connectionData;  
13.     //NSURLConnection对象  
14.   NSURLConnection       *connection;  
15. }  
16.   
17. /* -------------------------- */  
18.   
19. @property (nonatomic, retain) id<CacheItemDelegate> delegate;  
20. @property (nonatomic, retain) NSString  *remoteURL;  
21. @property (nonatomic, assign) BOOL      isDownloading;  
22. @property (nonatomic, retain) NSMutableData *connectionData;  
23. @property (nonatomic, retain) NSURLConnection *connection;  
24.   
25. /* ----------開始下载方法----------- */  
26.   
27. - (BOOL) startDownloadingURL:(NSString *)paramRemoteURL;  
28.   
29. @end  

2、在NSURLConnection開始请求之前，调用CachedDownloadManager类，来搜索和管理本地的缓存文件。将缓存文件的情况保存到一个字典类中。

这个字典设计例如以下：

[plain] view plaincopy

1. {  
2.   "http://www.cnn.com" =     {  
3.     DownloadEndDate = "2011-08-02 07:51:57 +0100";  
4.     DownloadStartDate = "2011-08-02 07:51:55 +0100";  
5.     ExpiresInSeconds = 20;  
6.     ExpiryDate = "2011-08-02 07:52:17 +0100";  
7.     LocalURL = "/var/mobile/Applications/ApplicationID/Documents/  
8.                 httpwww.cnn.com.cache";  
9.   };  
10.   "http://www.baidu.com" =     {  
11.     DownloadEndDate = "2011-08-02 07:51:49 +0100";  
12.     DownloadStartDate = "2011-08-02 07:51:44 +0100";  
13.     ExpiresInSeconds = 20;  
14.     ExpiryDate = "2011-08-02 07:52:09 +0100";  
15.     LocalURL = "/var/mobile/Applications/ApplicationID/Documents/  
16.                 httpwww.oreilly.com.cache";  
17.   };  
18. }  

 上面这个字典里面嵌套了字典。里面那层字典表示一个缓存项的缓存信息：下载结束时间、下载開始时间、缓存有效时间、缓存过期时间、缓存到本地的路径。

   以下看下CachedDownloadManager类。

用它来实现和封装我们的缓存策略。 

 

[plain] view plaincopy

1. /* -----------CachedDownloadManager-------------- */  
2.   
3. @interface CachedDownloadManager : NSObject   
4.                                    <CacheItemDelegate> {  
5. @public  
6.   id<CachedDownloadManagerDelegate>  delegate;  
7. @private  
8. //记录缓存数据的字典  
9.   NSMutableDictionary                *cacheDictionary;  
10.                                        //缓存的路径  
11.   NSString                           *cacheDictionaryPath;  
12. }  
13.   
14.   
15. @property (nonatomic, assign)   
16. id<CachedDownloadManagerDelegate> delegate;  
17.   
18. @property (nonatomic, copy)   
19. NSMutableDictionary *cacheDictionary;  
20.   
21. @property (nonatomic, retain)   
22. NSString *cacheDictionaryPath;  
23.   
24.   
25. /* 保持缓存字典 */  
26.   
27. - (BOOL) saveCacheDictionary;  
28.   
29. /* 公有方法：下载 */  
30.   
31. - (BOOL)         download:(NSString *)paramURLAsString  
32.    urlMustExpireInSeconds:(NSTimeInterval)paramURLMustExpireInSeconds  
33. updateExpiryDateIfInCache:(BOOL)paramUpdateExpiryDateIfInCache;  
34.   
35. /* -------------------------- */  
36.   
37. @end  

 

   从上面代码能够看出，这个管理缓存的类中。有一个缓存字典：cacheDictionary，用来表示全部资源的缓存情况；cacheDictionaryPath用来表示缓存的路径。saveCacheDictionary用来将缓存字典归档到本地文件里。

download：urlMustExpireInSeconds：updateExpiryDateIfInCache是一个公共接口，通过传递url、缓存过期时间、是否更新缓存过期时间三个參数来方便的使用，实现我们的缓存策略。

3、假设这个文件已经被下载，并且没有过期。则从本地获取文件的数据。假设文件已经过期。则又一次下载。

我们通过download：urlMustExpireInSeconds：updateExpiryDateIfInCache方法来实现，主要看这种方法的代码：

[plain] view plaincopy

1. /* ---------下载-------------- */  
2.   
3. - (BOOL)         download:(NSString *)paramURLAsString  
4.    urlMustExpireInSeconds:(NSTimeInterval)paramURLMustExpireInSeconds  
5. updateExpiryDateIfInCache:(BOOL)paramUpdateExpiryDateIfInCache{  
6.     
7.   BOOL result = NO;  
8.     
9.   if (self.cacheDictionary == nil ||  
10.       [paramURLAsString length] == 0){  
11.     return(NO);  
12.   }  
13.     
14.   paramURLAsString = [paramURLAsString lowercaseString];  
15.   //依据url。从字典中获取缓存项的相关数据  
16.   NSMutableDictionary *itemDictionary =   
17.   [self.cacheDictionary objectForKey:paramURLAsString];  
18.     
19.   /* 使用以下这些变量帮助我们理解缓存逻辑 */  
20.     //文件是否已经被缓存  
21.   BOOL    fileHasBeenCached = NO;  
22.     //缓存是否过期  
23.   BOOL    cachedFileHasExpired = NO;  
24.     //缓存文件是否存在  
25.   BOOL    cachedFileExists = NO;  
26.     //缓存文件是否能被载入  
27.   BOOL    cachedFileDataCanBeLoaded = NO;  
28.     //缓存文件数据  
29.   NSData  *cachedFileData = nil;  
30.     //缓存文件是否全然下载  
31.   BOOL    cachedFileIsFullyDownloaded = NO;  
32.     //缓存文件是否已经下载  
33.   BOOL    cachedFileIsBeingDownloaded = NO;  
34.   //过期时间  
35.   NSDate    *expiryDate = nil;  
36.     //下载结束时间  
37.   NSDate    *downloadEndDate = nil;  
38.     //下载開始时间  
39.   NSDate    *downloadStartDate = nil;  
40.     //本地缓存路径  
41.   NSString  *localURL = nil;  
42.     //有效时间  
43.   NSNumber  *expiresInSeconds = nil;  
44.   NSDate    *now = [NSDate date];  
45.     
46.   if (itemDictionary != nil){  
47.     fileHasBeenCached = YES;  
48.   }  
49.   //假设文件已经被缓存。则从缓存项相关数据中获取相关的值  
50.   if (fileHasBeenCached == YES){  
51.       
52.     expiryDate = [itemDictionary   
53.                   objectForKey:CachedKeyExpiryDate];  
54.       
55.     downloadEndDate = [itemDictionary  
56.                        objectForKey:CachedKeyDownloadEndDate];  
57.       
58.     downloadStartDate = [itemDictionary  
59.                          objectForKey:CachedKeyDownloadStartDate];  
60.       
61.     localURL = [itemDictionary  
62.                 objectForKey:CachedKeyLocalURL];  
63.       
64.     expiresInSeconds = [itemDictionary  
65.                         objectForKey:CachedKeyExpiresInSeconds];  
66.     //假设下载開始和结束时间不为空，表示文件所有被下载  
67.     if (downloadEndDate != nil &&   
68.         downloadStartDate != nil){  
69.       cachedFileIsFullyDownloaded = YES;  
70.     }  
71.       
72.     /* 假设expiresInSeconds不为空。downloadEndDate为空。表示文件已经正在下载 */  
73.     if (expiresInSeconds != nil &&  
74.         downloadEndDate == nil){  
75.       cachedFileIsBeingDownloaded = YES;  
76.     }  
77.       
78.     /* 推断缓存是否过期 */  
79.     if (expiryDate != nil &&  
80.         [now timeIntervalSinceDate:expiryDate] > 0.0){  
81.       cachedFileHasExpired = YES;  
82.     }  
83.       
84.     if (cachedFileHasExpired == NO){  
85.       /* 假设缓存文件没有过期，载入缓存文件，而且更新过期时间 */  
86.       NSFileManager *fileManager = [[NSFileManager alloc] init];  
87.         
88.       if ([fileManager fileExistsAtPath:localURL] == YES){  
89.         cachedFileExists = YES;  
90.         cachedFileData = [NSData dataWithContentsOfFile:localURL];  
91.         if (cachedFileData != nil){  
92.           cachedFileDataCanBeLoaded = YES;  
93.         } /* if (cachedFileData != nil){ */  
94.       } /* if ([fileManager fileExistsAtPath:localURL] == YES){ */  
95.         
96.       [fileManager release];  
97.         
98.       /* 更新缓存时间 */  
99.         
100.       if (paramUpdateExpiryDateIfInCache == YES){  
101.           
102.         NSDate *newExpiryDate =   
103.         [NSDate dateWithTimeIntervalSinceNow:  
104.          paramURLMustExpireInSeconds];  
105.           
106.         NSLog(@"Updating the expiry date from %@ to %@.",   
107.               expiryDate,   
108.               newExpiryDate);  
109.           
110.         [itemDictionary setObject:newExpiryDate  
111.                            forKey:CachedKeyExpiryDate];  
112.           
113.         NSNumber *expires =   
114.         [NSNumber numberWithFloat:paramURLMustExpireInSeconds];  
115.           
116.         [itemDictionary setObject:expires  
117.                            forKey:CachedKeyExpiresInSeconds];  
118.       }  
119.         
120.     } /* if (cachedFileHasExpired == NO){ */  
121.       
122.   }  
123.     
124.   if (cachedFileIsBeingDownloaded == YES){  
125.     NSLog(@"这个文件已经正在下载...");  
126.     return(YES);  
127.   }  
128.     
129.   if (fileHasBeenCached == YES){  
130.       
131.     if (cachedFileHasExpired == NO &&  
132.         cachedFileExists == YES &&  
133.         cachedFileDataCanBeLoaded == YES &&  
134.         [cachedFileData length] > 0 &&  
135.         cachedFileIsFullyDownloaded == YES){  
136.         
137.       /* 假设文件有缓存并且没有过期 */  
138.         
139.       NSLog(@"文件有缓存并且没有过期.");  
140.         
141.       [self.delegate   
142.        cachedDownloadManagerSucceeded:self  
143.        remoteURL:[NSURL URLWithString:paramURLAsString]  
144.        localURL:[NSURL URLWithString:localURL]  
145.        aboutToBeReleasedData:cachedFileData  
146.        isCachedData:YES];  
147.         
148.       return(YES);  
149.         
150.     } else {  
151.       /* 假设文件没有被缓存。获取缓存失败 */  
152.       NSLog(@"文件没有缓存.");  
153.       [self.cacheDictionary removeObjectForKey:paramURLAsString];  
154.       [self saveCacheDictionary];  
155.     } /* if (cachedFileHasExpired == NO && */  
156.       
157.   } /* if (fileHasBeenCached == YES){ */  
158.     
159.   /* 去下载文件 */  
160.     
161.     
162.   NSNumber *expires =   
163.   [NSNumber numberWithFloat:paramURLMustExpireInSeconds];  
164.     
165.   NSMutableDictionary *newDictionary =   
166.   [[[NSMutableDictionary alloc] init] autorelease];  
167.     
168.   [newDictionary setObject:expires   
169.                     forKey:CachedKeyExpiresInSeconds];  
170.     
171.     
172.   localURL = [paramURLAsString  
173.               stringByAddingPercentEscapesUsingEncoding:  
174.               NSUTF8StringEncoding];  
175.     
176.   localURL = [localURL stringByReplacingOccurrencesOfString:@"://"  
177.                                                  withString:@""];  
178.     
179.   localURL = [localURL stringByReplacingOccurrencesOfString:@"/"  
180.                                                  withString:@"{1}quot;];  
181.     
182.   localURL = [localURL stringByAppendingPathExtension:@"cache"];  
183.     
184.   NSString *documentsDirectory =   
185.   [self documentsDirectoryWithTrailingSlash:NO];  
186.     
187.   localURL = [documentsDirectory   
188.               stringByAppendingPathComponent:localURL];  
189.     
190.   [newDictionary setObject:localURL  
191.                     forKey:CachedKeyLocalURL];  
192.     
193.   [newDictionary setObject:now  
194.                     forKey:CachedKeyDownloadStartDate];  
195.     
196.   [self.cacheDictionary setObject:newDictionary  
197.                            forKey:paramURLAsString];  
198.     
199.   [self saveCacheDictionary];  
200.     
201.   CacheItem *item = [[[CacheItem alloc] init] autorelease];  
202.   [item setDelegate:self];  
203.   [item startDownloadingURL:paramURLAsString];  
204.     
205.   return(result);  
206.     
207. }  

4、以下我们设计缓存项下载成功和失败的两个托付方法：

[plain] view plaincopy

1. @protocol CacheItemDelegate <NSObject>  
2. //下载成功运行该方法  
3. - (void) cacheItemDelegateSucceeded  
4.   :(CacheItem *)paramSender  
5.   withRemoteURL:(NSURL *)paramRemoteURL  
6.   withAboutToBeReleasedData:(NSData *)paramAboutToBeReleasedData;  
7.   
8. //下载失败运行该方法  
9. - (void) cacheItemDelegateFailed  
10.   :(CacheItem *)paramSender  
11.   remoteURL:(NSURL *)paramRemoteURL  
12.   withError:(NSError *)paramError;  
13.   
14. @end  

   当我们下载成功的时候，改动缓存字典中的下载时间，表示已经下载完毕。并且须要将请求的资源数据缓存到本地：

[plain] view plaincopy

1. //缓存项的托付方法  
2. - (void) cacheItemDelegateSucceeded:(CacheItem *)paramSender  
3.          withRemoteURL:(NSURL *)paramRemoteURL  
4.         withAboutToBeReleasedData:(NSData *)paramAboutToBeReleasedData{  
5.     
6.   //从缓存字典中获取该缓存项的相关数据  
7.   NSMutableDictionary *dictionary =   
8.   [self.cacheDictionary objectForKey:[paramRemoteURL absoluteString]];  
9.   //取当前时间  
10.   NSDate *now = [NSDate date];  
11.   //获取有效时间  
12.   NSNumber *expiresInSeconds = [dictionary   
13.                                 objectForKey:CachedKeyExpiresInSeconds];  
14.   //转换成NSTimeInterval  
15.   NSTimeInterval expirySeconds = [expiresInSeconds floatValue];  
16.   //改动字典中缓存项的下载结束时间  
17.   [dictionary setObject:[NSDate date]  
18.                  forKey:CachedKeyDownloadEndDate];  
19.   //改动字典中缓存项的缓存过期时间  
20.   [dictionary setObject:[now dateByAddingTimeInterval:expirySeconds]  
21.                  forKey:CachedKeyExpiryDate];  
22.   //保存缓存字典  
23.   [self saveCacheDictionary];  
24.     
25.   NSString *localURL = [dictionary objectForKey:CachedKeyLocalURL];  
26.     
27.   /* 将下载的数据保持到磁盘 */  
28.   if ([paramAboutToBeReleasedData writeToFile:localURL  
29.                                    atomically:YES] == YES){  
30.     NSLog(@"缓存文件到磁盘成功.");  
31.   } else{  
32.     NSLog(@"缓存文件到磁盘失败.");  
33.   }  
34.   //运行缓存管理的托付方法  
35.   [self.delegate   
36.    cachedDownloadManagerSucceeded:self  
37.    remoteURL:paramRemoteURL  
38.    localURL:[NSURL URLWithString:localURL]  
39.    aboutToBeReleasedData:paramAboutToBeReleasedData  
40.    isCachedData:NO];  
41.     
42.     
43. }  

   假设下载失败我们须要从缓存字典中移除改缓存项：

[plain] view plaincopy

1. //缓存项失败失败的托付方法  
2. - (void) cacheItemDelegateFailed:(CacheItem *)paramSender  
3.                        remoteURL:(NSURL *)paramRemoteURL  
4.                        withError:(NSError *)paramError{  
5.     
6.   /* 从缓存字典中移除缓存项，并发送一个托付 */  
7.     
8.   if (self.delegate != nil){  
9.       
10.     NSMutableDictionary *dictionary =   
11.     [self.cacheDictionary   
12.      objectForKey:[paramRemoteURL absoluteString]];  
13.       
14.     NSString *localURL = [dictionary   
15.                           objectForKey:CachedKeyLocalURL];  
16.       
17.     [self.delegate  
18.      cachedDownloadManagerFailed:self  
19.      remoteURL:paramRemoteURL  
20.      localURL:[NSURL URLWithString:localURL]  
21.      withError:paramError];  
22.   }  
23.     
24.   [self.cacheDictionary   
25.    removeObjectForKey:[paramRemoteURL absoluteString]];  
26.     
27. }  

5、载入缓存字典的时候，我们能够将没有下载完毕的文件移除：

[plain] view plaincopy

1. //初始化缓存字典  
2.   NSString *documentsDirectory =   
3.   [self documentsDirectoryWithTrailingSlash:YES];  
4.   //生产缓存字典的路径  
5.   cacheDictionaryPath =   
6.   [[documentsDirectory   
7.     stringByAppendingString:@"CachedDownloads.dic"] retain];  
8.   //创建一个NSFileManager实例  
9.   NSFileManager *fileManager = [[NSFileManager alloc] init];  
10.   //推断是否存在缓存字典的数据  
11.   if ([fileManager   
12.        fileExistsAtPath:self.cacheDictionaryPath] == YES){  
13.       NSLog(self.cacheDictionaryPath);  
14.     //载入缓存字典中的数据  
15.     NSMutableDictionary *dictionary =   
16.     [[NSMutableDictionary alloc]   
17.      initWithContentsOfFile:self.cacheDictionaryPath];  
18.       
19.     cacheDictionary = [dictionary mutableCopy];  
20.       
21.     [dictionary release];  
22.       
23.     //移除没有下载完毕的缓存数据  
24.     [self removeCorruptedCachedItems];  
25.       
26.   } else {  
27.     //创建一个新的缓存字典  
28.     NSMutableDictionary *dictionary =   
29.     [[NSMutableDictionary alloc] init];  
30.       
31.     cacheDictionary = [dictionary mutableCopy];  
32.       
33.     [dictionary release];  
34.       
35.   }  

这样就基本上完毕了我们须要的功能。以下看看我们怎样使用我们设计的缓存功能。

样例场景：

    我们用一个UIWebView来显示stackoverflow这个站点，我们在这个站点的内容缓存到本地20秒，假设在20秒内用户去请求该站点，则从本地文件里获取内容，否则过了20秒。则又一次获取数据，并缓存到本地。

    在界面上拖放一个button和一个webview控件，例如以下图。

 

    这样我们能够非常方便使用前面定义好的类。

我们在viewDidLoad 中实例化一个CachedDownloadManager，并设置它的托付为self。

当下载完毕的时候。运行CachedDownloadManager的下载成功的托付方法。

- (void)viewDidLoad {
  [super viewDidLoad];  
  [self setTitle:@"本地缓存測试"];
  CachedDownloadManager *newManager = [[CachedDownloadManager alloc] init];
  self.downloadManager = newManager;
  [newManager release];
  [self.downloadManager setDelegate:self];
  
  
}

在button的点击事件中增加以下代码，请求stackoverflow ：

  static NSString *url = @"http://stackoverflow.com";
  
  [self.downloadManager download:url
      urlMustExpireInSeconds:20.0f
    updateExpiryDateIfInCache:YES];

    上面的代码表示将这个stackoverflow的缓存事件设置为20s。而且假设在20s内有同样的请求，则从本地获取stackoverflow的内容数据。updateExpiryDateIfInCache设置为yes表示：在此请求的时候。缓存时间又更新为20s。类似我们的session。假设设置成no。则第一次请求20s之后。该缓存就过期。

    请求完毕之后会运行CachedDownloadManager的托付方法。我们将数据展示在uiwebview中，代码例如以下：

- (void) cachedDownloadManagerSucceeded:(CachedDownloadManager *)paramSender
                              remoteURL:(NSURL *)paramRemoteURL
                               localURL:(NSURL *)paramLocalURL
                  aboutToBeReleasedData:(NSData *)paramAboutToBeReleasedData
                           isCachedData:(BOOL)paramIsCachedData{  

    [webview loadData:paramAboutToBeReleasedData MIMEType:@"text/html" textEncodingName:@"UTF-8" baseURL:[NSURL URLWithString:@"http://stackoverflow.com"]];  
}

这样我们就实现了20s的缓存。

效果：

第一次点击測试button：

 

20s内点击button，程序就从本地获取数据。比較高速的就显示出该网页了。

 

总结：

    本文通过代码和实例设计了一个iPhone应用程序本地缓存的方案。

当然这个方法不是最好的，假设你有更好的思路。欢迎告诉我。