SDWebImage 实现原理

SDWebImage 是一个优秀的第三方开源库支持异步的图片下载+缓存

为什么要用 SDWebImage

• 健全的Category
• SDWebImagePrefetcher预加载
• 独立的下载模块/缓存模块
• 异步下载,一行代码调用,几乎无需配置
• 默认硬盘和内存缓存,自动管理
• 支持 WebP Gif格式
• 有防止重复下载,下载失败重试等灵活的设置

缺点

• 因缓存的图片数据已解码，故占用空间变大(这个也算不上缺点)

主要的几个分类

• SDWebImageDownloader
  -负责集中创建和管理DownloaderOperation
• SDWebImageDownloaderOperation
  -每一个下载请求都是单独的DownloaderOperation
• SDImageCache
  -SDImageCache缓存分内存层面和硬盘层面两个部分。
  -内存层相当于缓存器，以Key-Value的形式存储图片。当内存不够的时候会清除所有缓存图片。
  -用搜索文件系统的方式做管理，文件替换方式是以时间为单位，剔除时间大于一周的图片文件。
  -当SDWebImageManager向SDImageCache要资源时，先搜索内存层面的数据，如果有直接返回，没有的话去访问磁盘，将图片从磁盘读取出来，然后做Decoder，将图片对象放到内存层面做备份，再返回调用层。
• SDWebImageManager
  -最核心的图片操作管理类：
  -最外层是一个SDWebImageManager单例工具类管理另外两个单例类，一个是作下载处理的SDWebImageDownloader，它管理多个下载操作SDWebImageDownloaderOperation，一个作缓存处理的SDImageCache。
  大体执行过程：当我们需要下载图片时，先让SDImageCache从缓存中找，如果找不到就异步从硬盘中读取图片，如果读取到就将图片缓存到内存并回调给SDWebImageManager，如果找不到就让SDWebImageDownloader执行下载操作，在 SDWebImageDownloaderOperation 单个图片的下载操作中利用 NSURLConnection 执行下载，实现代理监听下载进度等，下载完成后交给SDWebImageDecoder 图片异步解码，完成后回调给SDWebImageDownloader，再回调给SDWebImageManager，再让SDImageCache去执行内存和磁盘（异步）的缓存操作。
• SDWebImageDecoder
  -解压缩，由于UIImage的imageWithData函数是每次画图的时候才将Data解压成ARGB的图像，
  -所以在每次画图的时候，会有一个解压操作，这样效率很低，但是只有瞬时的内存需求。
  -为了提高效率通过SDWebImageDecoder将包装在Data下的资源解压，然后画在另外一张图片上，这样这张新图片就不再需要重复解压了。这种做法是典型的空间换时间的做法。
• UIImageView+WebCache
  -常用方法类
• SDWebImagePrefetcher
  -预先下载图片
• UIView+WebCacheOperation
  -缓存的Operation处理

核心结构

实现的具体过程：

实现缓存的逻辑图

UIImageView+WebCache:

1. 入口setImageWithURL:placeholderImage:options:会先把 placeholderImage显示，然后SDWebImageManager根据 URL 开始处理图片。
2. 进入SDWebImageManager-downloadWithURL:delegate:options:userInfo:交给 SDImageCache从缓存查找图片是否已经下载 queryDiskCacheForKey:delegate:userInfo:.
3. 先从内存图片缓存查找是否有图片，如果内存中已经有图片缓存SDImageCacheDelegate 回调 imageCache:didFindImage:forKey:userInfo: 到 SDWebImageManager。
4. SDWebImageManagerDelegate回调 webImageManager:didFinishWithImage:到 UIImageView+WebCache等前端展示图片。
5. 如果内存缓存中没有，生成 NSInvocationOperation添加到队列开始从硬盘查找图片是否已经缓存。
6. 根据 URLKey 在硬盘缓存目录下尝试读取图片文件。这一步是在 NSOperation 进行的操作，所以回主线程进行结果回调 notifyDelegate:。
7. 如果上一操作从硬盘读取到了图片，将图片添加到内存缓存中（如果空闲内存过小，会先清空内存缓存）。SDImageCacheDelegate 回调 imageCache:didFindImage:forKey:userInfo:。进而回调展示图片。
8. 如果从硬盘缓存目录读取不到图片，说明所有缓存都不存在该图片，需要下载图片，回调 imageCache:didNotFindImageForKey:userInfo:。
9. 共享或重新生成一个下载器SDWebImageDownloader开始下载图片。
10. 图片下载由NSURLConnection来做，实现相关 delegate 来判断图片下载中、下载完成和下载失败。
11. connection:didReceiveData: 中利用 ImageIO 做了按图片下载进度加载效果。
12. connectionDidFinishLoading: 数据下载完成后交给 SDWebImageDecoder 做图片解码处理。
13. 图片解码处理在一个NSOperationQueue完成，不会拖慢主线程 UI。如果有需要对下载的图片进行二次处理，最好也在这里完成，效率会好很多。
14. 在主线程notifyDelegateOnMainThreadWithInfo: 宣告解码完成imageDecoder:didFinishDecodingImage:userInfo:回调给 SDWebImageDownloader。
15. imageDownloader:didFinishWithImage: 回调给SDWebImageManager告知图片下载完成。
16. 通知所有的downloadDelegates下载完成，回调给需要的地方展示图片。
17. 将图片保存到SDImageCache中，内存缓存和硬盘缓存同时保存。写文件到硬盘也在以单独NSInvocationOperation完成，避免拖慢主线程。
18. SDImageCache在初始化的时候会注册一些消息通知，在内存警告或退到后台的时候清理内存图片缓存，应用结束的时候清理过期图片。
19. SDWebImagePrefetcher 可以预先下载图片，方便后续使用。

技术点

SDWebImage为了支持这些操作，主要使用了以下知识点：

1. dispatch_barrier_sync函数：该方法用于对操作设置屏幕，确保在执行完任务后才会执行后续操作。该方法常用于确保类的线程安全性操作。
2. NSMutableURLRequest:用于创建一个网络请求对象，我们可以根据需要来配置请求报头等信息。
3. NSOperation及NSOperationQueue：操作队列是Objective-C中一种高级的并发处理方法，现在它是基于GCD来实现的。相对于GCD来说，操作队列的优点是可以取消在任务处理队列中的任务，另外在管理操作间的依赖关系方面也容易一些。对SDWebImage中我们就看到了如何使用依赖将下载顺序设置成后进先出的顺序。
4. NSURLConnection：用于网络请求及响应处理。在iOS7.0后，苹果推出了一套新的网络请求接口，即NSURLSession类。
5. 开启一个后台任务。
6. NSCache类：一个类似于集合的容器。它存储key-value对，这一点类似于NSDictionary类。我们通常用使用缓存来临时存储短时间使用但创建昂贵的对象。重用这些对象可以优化性能，因为它们的值不需要重新计算。另外一方面，这些对象对于程序来说不是紧要的，在内存紧张时会被丢弃。
7. 清理缓存图片的策略：特别是最大缓存空间大小的设置。如果所有缓存文件的总大小超过这一大小，则会按照文件最后修改时间的逆序，以每次一半的递归来移除那些过早的文件，直到缓存的实际大小小于我们设置的最大使用空间。
8. 对图片的解压缩操作：这一操作可以查看SDWebImageDecoder.m中+decodedImageWithImage方法的实现。