【转载】LruCache 源码解析
原文地址:https://github.com/LittleFriendsGroup/AndroidSdkSourceAnalysis/blob/master/article/LruCache%E6%BA%90%E7%A0%81%E8%A7%A3%E6%9E%90.md
1. 简介
LRU 是 Least Recently Used 最近最少使用算法。
曾经,在各大缓存图片的框架没流行的时候。有一种很常用的内存缓存技术:SoftReference 和 WeakReference(软引用和弱引用)。但是走到了 Android 2.3(Level 9)时代,垃圾回收机制更倾向于回收 SoftReference 或 WeakReference 的对象。后来,又来到了 Android3.0,图片缓存在内容中,因为不知道要在是什么时候释放内存,没有策略,没用一种可以预见的场合去将其释放。这就造成了内存溢出。
2. 使用方法
当成一个 Map 用就可以了,只不过实现了 LRU 缓存策略。
使用的时候记住几点即可:
- **1.(必填)**你需要提供一个缓存容量作为构造参数。
- 2.(必填) 覆写
sizeOf
方法 ,自定义设计一条数据放进来的容量计算,如果不覆写就无法预知数据的容量,不能保证缓存容量限定在最大容量以内。 - 3.(选填) 覆写
entryRemoved
方法 ,你可以知道最少使用的缓存被清除时的数据( evicted, key, oldValue, newVaule )。 - **4.(记住)**LruCache是线程安全的,在内部的 get、put、remove 包括 trimToSize 都是安全的(因为都上锁了)。
- 5.(选填) 还有就是覆写
create
方法 。
一般做到 1、2、3、4就足够了,5可以无视 。
以下是 一个 LruCache 实现 Bitmap 小缓存的案例, entryRemoved
里的自定义逻辑可以无视,想看的可以去到我的我的展示demo 里的看自定义 entryRemoved
逻辑。
private static final float ONE_MIB = 1024 * 1024;
// 7MB
private static final int CACHE_SIZE = (int) (7 * ONE_MIB);
private LruCache<String, Bitmap> bitmapCache;
this.bitmapCache = new LruCache<String, Bitmap>(CACHE_SIZE) {
protected int sizeOf(String key, Bitmap value) {
return value.getByteCount();
}
@Override
protected void entryRemoved(boolean evicted, String key, Bitmap oldValue, Bitmap newValue) {
...
}
};
3. 效果展示
4. 源码分析
4.1 LruCache 原理概要解析
LruCache 就是 利用 LinkedHashMap 的一个特性( accessOrder=true 基于访问顺序 )再加上对 LinkedHashMap 的数据操作上锁实现的缓存策略。
LruCache 的数据缓存是内存中的。
-
1.首先设置了内部
LinkedHashMap
构造参数accessOrder=true
, 实现了数据排序按照访问顺序。 -
2.然后在每次
LruCache.get(K key)
方法里都会调用LinkedHashMap.get(Object key)
。 -
3.如上述设置了
accessOrder=true
后,每次LinkedHashMap.get(Object key)
都会进行LinkedHashMap.makeTail(LinkedEntry<K, V> e)
。 -
4.
LinkedHashMap
是双向循环链表,然后每次LruCache.get
->LinkedHashMap.get
的数据就被放到最末尾了。 -
5.在
put
和trimToSize
的方法执行下,如果发生数据量移除,会优先移除掉最前面的数据(因为最新访问的数据在尾部)。
具体解析在: 4.2、4.3、4.4、4.5 。
4.2 LruCache 的唯一构造方法
/**
* LruCache的构造方法:需要传入最大缓存个数
*/
public LruCache(int maxSize) {
...
this.maxSize = maxSize;
/*
* 初始化LinkedHashMap
* 第一个参数:initialCapacity,初始大小
* 第二个参数:loadFactor,负载因子=0.75f
* 第三个参数:accessOrder=true,基于访问顺序;accessOrder=false,基于插入顺序
*/
this.map = new LinkedHashMap<K, V>(0, 0.75f, true);
}
第一个参数 initialCapacity
用于初始化该 LinkedHashMap 的大小。
先简单介绍一下 第二个参数 loadFactor
,这个其实的 HashMap 里的构造参数,涉及到扩容问题,比如 HashMap 的最大容量是100,那么这里设置0.75f的话,到75容量的时候就会扩容。
主要是第三个参数 accessOrder=true
,这样的话 LinkedHashMap 数据排序就会基于数据的访问顺序,从而实现了 LruCache 核心工作原理。
4.3 LruCache.get(K key)
/**
* 根据 key 查询缓存,如果存在于缓存或者被 create 方法创建了。
* 如果值返回了,那么它将被移动到双向循环链表的的尾部。
* 如果如果没有缓存的值,则返回 null。
*/
public final V get(K key) {
...
V mapValue;
synchronized (this) {
// 关键点:LinkedHashMap每次get都会基于访问顺序来重整数据顺序
mapValue = map.get(key);
// 计算 命中次数
if (mapValue != null) {
hitCount++;
return mapValue;
}
// 计算 丢失次数
missCount++;
}
/*
* 官方解释:
* 尝试创建一个值,这可能需要很长时间,并且Map可能在create()返回的值时有所不同。如果在create()执行的时
* 候,一个冲突的值被添加到Map,我们在Map中删除这个值,释放被创造的值。
*/
V createdValue = create(key);
if (createdValue == null) {
return null;
}
/***************************
* 不覆写create方法走不到下面 *
***************************/
/*
* 正常情况走不到这里
* 走到这里的话 说明 实现了自定义的 create(K key) 逻辑
* 因为默认的 create(K key) 逻辑为null
*/
synchronized (this) {
// 记录 create 的次数
createCount++;
// 将自定义create创建的值,放入LinkedHashMap中,如果key已经存在,会返回 之前相同key 的值
mapValue = map.put(key, createdValue);
// 如果之前存在相同key的value,即有冲突。
if (mapValue != null) {
/*
* 有冲突
* 所以 撤销 刚才的 操作
* 将 之前相同key 的值 重新放回去
*/
map.put(key, mapValue);
} else {
// 拿到键值对,计算出在容量中的相对长度,然后加上
size += safeSizeOf(key, createdValue);
}
}
// 如果上面 判断出了 将要放入的值发生冲突
if (mapValue != null) {
/*
* 刚才create的值被删除了,原来的 之前相同key 的值被重新添加回去了
* 告诉 自定义 的 entryRemoved 方法
*/
entryRemoved(false, key, createdValue, mapValue);
return mapValue;
} else {
// 上面 进行了 size += 操作 所以这里要重整长度
trimToSize(maxSize);
return createdValue;
}
}
上述的 get
方法表面并没有看出哪里有实现了 LRU 的缓存策略。主要在 mapValue = map.get(key)
;里,调用了 LinkedHashMap 的 get 方法,再加上 LruCache 构造里默认设置 LinkedHashMap 的 accessOrder=true。
4.4 LinkedHashMap.get(Object key)
/**
* Returns the value of the mapping with the specified key.
*
* @param key
* the key.
* @return the value of the mapping with the specified key, or {@code null}
* if no mapping for the specified key is found.
*/
@Override public V get(Object key) {
/*
* This method is overridden to eliminate the need for a polymorphic
* invocation in superclass at the expense of code duplication.
*/
if (key == null) {
HashMapEntry<K, V> e = entryForNullKey;
if (e == null)
return null;
if (accessOrder)
makeTail((LinkedEntry<K, V>) e);
return e.value;
}
int hash = Collections.secondaryHash(key);
HashMapEntry<K, V>[] tab = table;
for (HashMapEntry<K, V> e = tab[hash & (tab.length - 1)];
e != null; e = e.next) {
K eKey = e.key;
if (eKey == key || (e.hash == hash && key.equals(eKey))) {
if (accessOrder)
makeTail((LinkedEntry<K, V>) e);
return e.value;
}
}
return null;
}
其实仔细看 if (accessOrder)
的逻辑即可,如果 accessOrder=true
那么每次 get
都会执行 N 次 makeTail(LinkedEntry<K, V> e)
。
接下来看看:
4.5 LinkedHashMap.makeTail(LinkedEntry<K, V> e)
/**
* Relinks the given entry to the tail of the list. Under access ordering,
* this method is invoked whenever the value of a pre-existing entry is
* read by Map.get or modified by Map.put.
*/
private void makeTail(LinkedEntry<K, V> e) {
// Unlink e
e.prv.nxt = e.nxt;
e.nxt.prv = e.prv;
// Relink e as tail
LinkedEntry<K, V> header = this.header;
LinkedEntry<K, V> oldTail = header.prv;
e.nxt = header;
e.prv = oldTail;
oldTail.nxt = header.prv = e;
modCount++;
}
LinkedHashMap 是双向循环链表,然后此次 LruCache.get -> LinkedHashMap.get 的数据就被放到最末尾了。
以上就是 LruCache 核心工作原理。
接下来介绍 LruCache 的容量溢出策略。
4.6 LruCache.put(K key, V value)
public final V put(K key, V value) {
...
synchronized (this) {
...
// 拿到键值对,计算出在容量中的相对长度,然后加上
size += safeSizeOf(key, value);
...
}
...
trimToSize(maxSize);
return previous;
}
记住几点:
- **1.**put 开始的时候确实是把值放入 LinkedHashMap 了,不管超不超过你设定的缓存容量。
- **2.**然后根据
safeSizeOf
方法计算 此次添加数据的容量是多少,并且加到size
里 。 - **3.**说到
safeSizeOf
就要讲到sizeOf(K key, V value)
会计算出此次添加数据的大小 。 - **4.**直到 put 要结束时,进行了
trimToSize
才判断size
是否 大于maxSize
然后进行最近很少访问数据的移除。
4.7 LruCache.trimToSize(int maxSize)
public void trimToSize(int maxSize) {
/*
* 这是一个死循环,
* 1.只有 扩容 的情况下能立即跳出
* 2.非扩容的情况下,map的数据会一个一个删除,直到map里没有值了,就会跳出
*/
while (true) {
K key;
V value;
synchronized (this) {
// 在重新调整容量大小前,本身容量就为空的话,会出异常的。
if (size < 0 || (map.isEmpty() && size != 0)) {
throw new IllegalStateException(
getClass().getName() + ".sizeOf() is reporting inconsistent results!");
}
// 如果是 扩容 或者 map为空了,就会中断,因为扩容不会涉及到丢弃数据的情况
if (size <= maxSize || map.isEmpty()) {
break;
}
Map.Entry<K, V> toEvict = map.entrySet().iterator().next();
key = toEvict.getKey();
value = toEvict.getValue();
map.remove(key);
// 拿到键值对,计算出在容量中的相对长度,然后减去。
size -= safeSizeOf(key, value);
// 添加一次收回次数
evictionCount++;
}
/*
* 将最后一次删除的最少访问数据回调出去
*/
entryRemoved(true, key, value, null);
}
}
简单描述:会判断之前 size
是否大于 maxSize
。是的话,直接跳出后什么也不做。不是的话,证明已经溢出容量了。由makeTail
图已知,最近经常访问的数据在最末尾。拿到一个存放 key 的 Set,然后一直一直从头开始删除,删一个判断是否溢出,直到没有溢出。
最后看看:
4.8 覆写 entryRemoved 的作用
entryRemoved被LruCache调用的场景:
- 1.(put) put 发生 key 冲突时被调用,evicted=false,key=此次 put 的 key,oldValue=被覆盖的冲突 value,newValue=此次 put 的 value。
- 2.(trimToSize) trimToSize 的时候,只会被调用一次,就是最后一次被删除的最少访问数据带回来。evicted=true,key=最后一次被删除的 key,oldValue=最后一次被删除的 value,newValue=null(此次没有冲突,只是 remove)。
- 3.(remove) remove的时候,存在对应 key,并且被成功删除后被调用。evicted=false,key=此次 put的 key,oldValue=此次删除的 value,newValue=null(此次没有冲突,只是 remove)。
- 4.(get后半段,查询丢失后处理情景,不过建议忽略) get 的时候,正常的话不实现自定义
create
的话,代码上看 get 方法只会走一半,如果你实现了自定义的create(K key)
方法,并且在 你 create 后的值放入 LruCache 中发生 key 冲突时被调用,evicted=false,key=此次 get 的 key,oldValue=被你自定义 create(key)后的 value,newValue=原本存在 map 里的 key-value。
解释一下第四点吧:**<1>.第四点是这样的,先 get(key),然后没拿到,丢失。<2>.如果你提供了 自定义的 create(key)
方法,那么 LruCache 会根据你的逻辑自造一个 value,但是当放入的时候发现冲突了,但是已经放入了。<3>.**此时,会将那个冲突的值再让回去覆盖,此时调用上述4.的 entryRemoved。
因为 HashMap 在数据量大情况下,拿数据可能造成丢失,导致前半段查不到,你自定义的 create(key)
放入的时候发现又查到了**(有冲突)**。然后又急忙把原来的值放回去,此时你就白白create一趟,无所作为,还要走一遍entryRemoved。
综上就如同注释写的一样:
/**
* 1.当被回收或者删掉时调用。该方法当value被回收释放存储空间时被remove调用
* 或者替换条目值时put调用,默认实现什么都没做。
* 2.该方法没用同步调用,如果其他线程访问缓存时,该方法也会执行。
* 3.evicted=true:如果该条目被删除空间 (表示 进行了trimToSize or remove) evicted=false:put冲突后 或 get里成功create后
* 导致
* 4.newValue!=null,那么则被put()或get()调用。
*/
protected void entryRemoved(boolean evicted, K key, V oldValue, V newValue) {
}
可以参考我的 demo 里的 entryRemoved
。
4.9 LruCache 局部同步锁
在 get
, put
, trimToSize
, remove
四个方法里的 entryRemoved
方法都不在同步块里。因为 entryRemoved
回调的参数都属于方法域参数,不会线程不安全。
本地方法栈和程序计数器是线程隔离的数据区
5. 开源项目中的使用
6. 总结
LruCache重要的几点:
-
1.LruCache 是通过 LinkedHashMap 构造方法的第三个参数的
accessOrder=true
实现了LinkedHashMap
的数据排序基于访问顺序 (最近访问的数据会在链表尾部),在容量溢出的时候,将链表头部的数据移除。从而,实现了 LRU 数据缓存机制。 -
**2.**LruCache 在内部的get、put、remove包括 trimToSize 都是安全的(因为都上锁了)。
-
**3.**LruCache 自身并没有释放内存,将 LinkedHashMap 的数据移除了,如果数据还在别的地方被引用了,还是有泄漏问题,还需要手动释放内存。
-
**4.**覆写
entryRemoved
方法能知道 LruCache 数据移除是是否发生了冲突,也可以去手动释放资源。 -
5.
maxSize
和sizeOf(K key, V value)
方法的覆写息息相关,必须相同单位。( 比如 maxSize 是7MB,自定义的 sizeOf 计算每个数据大小的时候必须能算出与MB之间有联系的单位 )