Android DiskLruCache 源码解析 硬盘缓存的绝佳方案

jopen 9年前

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

依旧是整理东西，所以近期的博客涉及的东西可能会比较老一点，会分析一些经典的框架，我觉得可能也是每个优秀的开发者必须掌握的东西；那么对于Disk Cache，DiskLruCache可以算佼佼者了，所以我们就来分析下其源码实现。

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

如果你不是很了解用法，那么注意下面的几点描述，不然直接看源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，这个文件中会存储每次读取操作的记录；

  • 对于获取一个DiskLruCache，是这样的：

    DiskLruCache.open(directory, appVersion,                       valueCount, maxSize) ;

  • 关于存一般是这么使用的：

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

    因为每个实体都是个文件，所以你可以认为这个os指向一个文件的FileOutputStream，然后把你想存的东西写入就行了，写完以后记得调用:editor.commit()。

  • 关于取一般是这样的：

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

    还是那句，因为每个实体都是文件，所以你返回的is是个FileInputStream，你可以利用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，就可以往下去看源码分析了。

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的版本号，源码中为常量1
  • 第三行为你的app的版本号，当然这个是你自己传入指定的
  • 第四行指每个key对应几个文件，一般为1
  • 第五行，空行

ok，以上5行可以称为该文件的文件头，DiskLruCache初始化的时候，如果该文件存在需要校验该文件头。

接下来的行，可以认为是操作记录。

  • DIRTY 表示一个entry正在被写入（其实就是把文件的OutputStream交给你了）。那么写入分两种情况，如果成功会紧接着写入一行CLEAN的记录；如果失败，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。
  • 每个CLEAN的后面还记录了文件的长度，注意可能会一个key对应多个文件，那么就会有多个数字（参照文件头第四行）。

从这里看出，只有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）

如果存在：然后检查journal文件是否存在，如果正主在，bkp文件就可以删除了。
如果不存在，将bkp文件重命名为journal文件。

接下里判断journal文件是否存在：

  • 如果不存在

    创建directory；重新构造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));  }

    可以看到首先构建一个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);    ），当然我们这里没有任何数据。接下来将tmp文件重命名为journal文件。

  • 如果存在

    如果已经存在，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);  }  }

    大家可以回忆下：每个记录至少有一个空格，有的包含两个空格。首先，拿到key，如果是REMOVE的记录呢，会调用lruEntries.remove(key);

    如果不是REMOVE记录，继续往下，如果该key没有加入到lruEntries，则创建并且加入。

    接下来，如果是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。

    如果是DIRTY，设置currentEditor对象。

    如果是READ，那么直接不管。

    ok，经过上面这个过程，大家回忆下我们的记录格式，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，基本上加入到lruEntries里面的只有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没用的记录条数（文件的行数-真正可以的key的行数）。

    最后，如果读取过程中发现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完成了，会继续调用processJournal()这个方法内部：

    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();    }  }  }

    统计所有可用的cache占据的容量，赋值给size；对于所有非法DIRTY状态（就是DIRTY单独出现的）的entry，如果存在文件则删除，并且从lruEntries中移除。此时，剩的就真的只有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。

根据我们传入的dir，去找journal文件，如果找不到，则创建个，只写入文件头(5行)。
如果找到，则遍历该文件，将里面所有的CLEAN记录的key，存到lruEntries中。

这么长的代码，其实就两句话的意思。经过open以后，journal文件肯定存在了；lruEntries里面肯定有值了；size存储了当前所有的实体占据的容量；。

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，可以必须是字母、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，因为我们是存，只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。

所以接下来判断，如果不存在，则创建一个Entry加入到lruEntries中（如果存在，直接使用），然后为entry.currentEditor进行赋值为new Editor(entry);，最后在journal文件中写入一条DIRTY记录，代表这个文件正在被操作。

注意，如果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对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，其实就是个中转文件，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，需要调用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判断，是否有错误发生，如果有调用completeEdit(this, false)且调用remove(entry.key);。如果没有就调用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，但是经过了FaultHidingOutputStream封装么，这个类实际上就是重写了FilterOutputStream的write相关方法，将所有的IOException给屏蔽了，如果发生IOException就将hasErrors赋值为true.

这样的设计还是很nice的，否则直接将OutputStream返回给用户，如果出错没法检测，还需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);      }    }

首先判断if (success && !entry.readable)是否成功，且是第一次写入（如果以前这个记录有值，则readable=true），内部的判断，我们都不会走，因为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，如果成功，将dirtyFile 进行重命名为 cleanFile，文件名为：key.index。然后刷新size的长度。如果失败，则删除dirtyFile.

接下来，如果成功或者readable为true，将readable设置为true，写入一条CLEAN记录。如果第一次提交且失败，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，判断是否超过了最大size，或者需要重建journal文件，什么时候需要重建呢？

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

如果redundantOpCount达到2000，且超过了lruEntries.size()就重建，这里就可以看到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成了。再次总结下，首先调用editor，拿到指定的dirtyFile的OutputStream，你可以尽情的进行写操作，写完以后呢，记得调用commit.
commit中会检测是你是否发生IOException，如果没有发生，则将dirtyFile->cleanFile，将readable=true，写入CLEAN记录。如果发生错误，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方法比较简单，如果取到的为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，我们就分析完成了创建DiskLruCache，存入缓存和取出缓存的源码。

除此以外，还有一些别的方法我们需要了解的。

六、其他方法

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;    }

如果实体存在且不在被编辑，就可以直接进行删除，然后写入一条REMOVE记录。

与open对应还有个remove方法，大家在使用完成cache后可以手动关闭。

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，会判断所有正在编辑的实体，调用abort方法，最后关闭journalWriter。至于abort方法，其实我们分析过了，就是存储失败的时候的逻辑：

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

到此，我们的整个源码分析就结束了。可以看到DiskLruCache，利用一个journal文件，保证了保证了cache实体的可用性（只有CLEAN的可用），且获取文件的长度的时候可以通过在该文件的记录中读取。利用FaultHidingOutputStream对FileOutPutStream很好的对写入文件过程中是否发生错误进行捕获，而不是让用户手动去调用出错后的处理方法。其内部的很多细节都很值得推敲。

不过也可以看到，存取的操作不是特别的容易使用，需要大家自己去操作文件流，但在存储比较小的数据的时候（不存在内存问题），很多时候还是希望有类似put(key,value），getAsT(key)等方法直接使用。我看了ASimpleCache 提供的API属于比较好用的了。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，提供类似ASimpleCache那样比较简单的API用于存储，而内部的核心实现，依然是DiskLruCache原本的。

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