Android Bitmap快取池使用詳解

部落格園發表於2015-01-02
Android快取

本文介紹瞭如何使用快取來提高UI的載入輸入和滑動的流暢性。使用記憶體快取、使用磁碟快取、處理配置改變事件等方法將會有效的解決這個問題。

在您的UI中顯示單個圖片是非常簡單的，如果您需要一次顯示很多圖片就有點複雜了。在很多情況下(例如使用 ListView, GridView 或者 ViewPager控制元件)，顯示在螢幕上的圖片以及即將顯示在螢幕上的圖片數量是非常大的(例如在相簿中瀏覽大量圖片)。

在這些控制元件中，當一個子控制元件不顯示的時候，系統會重用該控制元件來迴圈顯示 以便減少對記憶體的消耗。同時垃圾回收機制還會釋放那些已經載入記憶體中的Bitmap資源(假設您沒有強引用這些Bitmap)。一般來說這樣都是不錯的，但是在使用者來回滑動螢幕的時候，為了保證UI的流暢性和載入圖片的效率，您需要避免重複的處理這些需要顯示的圖片。 使用記憶體快取和磁碟快取可以解決這個問題，使用快取可以讓控制元件快速的載入已經處理過的圖片。

本文介紹如何使用快取來提高UI的載入輸入和滑動的流暢性。

使用記憶體快取

記憶體快取提高了訪問圖片的速度，但是要佔用不少記憶體。 LruCache
類（在API 4之前可以使用Support Library 中的類 ）特別適合快取Bitmap， 把最近使用到的
Bitmap物件用強引用儲存起來（儲存到LinkedHashMap中），當快取數量達到預定的值的時候，把
不經常使用的物件刪除。

注意: 過去，實現記憶體快取的常用做法是使用
SoftReference 或者
WeakReference bitmap 快取，
但是不推薦使用這種方式。從Android 2.3 (API Level 9) 開始，垃圾回收開始強制的回收掉 soft/weak 引用 從而導致這些快取沒有任何效率的提升。
另外，在 Android 3.0 (API Level 11)之前，這些快取的Bitmap資料儲存在底層記憶體(native memory)中，並且達到預定條件後也不會釋放這些物件，從而可能導致
程式超過記憶體限制並崩潰。

在使用 LruCache 的時候，需要考慮如下一些因素來選擇一個合適的快取數量引數：

  • 程式中還有多少記憶體可用
  • 同時在螢幕上顯示多少圖片？要先快取多少圖片用來顯示到即將看到的螢幕上？
  • 裝置的螢幕尺寸和螢幕密度是多少？超高的螢幕密度(xhdpi 例如 Galaxy Nexus)
    裝置顯示同樣的圖片要比低螢幕密度(hdpi 例如 Nexus S)裝置需要更多的記憶體。
  • 圖片的尺寸和格式決定了每個圖片需要佔用多少記憶體
  • 圖片訪問的頻率如何？一些圖片的訪問頻率要比其他圖片高很多？如果是這樣的話，您可能需要把這些經常訪問的圖片放到記憶體中。
  • 在質量和數量上如何平衡？有些情況下儲存大量的低質量的圖片是非常有用的，當需要的情況下使用後臺執行緒來加入一個高質量版本的圖片。

這裡沒有萬能配方可以適合所有的程式，您需要分析您的使用情況並在指定自己的快取策略。使用太小的快取並不能起到應有的效果，而使用太大的快取會消耗更多
的記憶體從而有可能導致 java.lang.OutOfMemory 異常或者留下很少的記憶體供您的程式其他功能使用。

下面是一個使用 LruCache 快取的示例:

private LruCache<string, bitmap=""> mMemoryCache; 

@Override 
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) { 
    ... 
    // Get memory class of this device, exceeding this amount will throw an 
    // OutOfMemory exception. 
    final int memClass = ((ActivityManager) context.getSystemService( 
            Context.ACTIVITY_SERVICE)).getMemoryClass(); 

    // Use 1/8th of the available memory for this memory cache. 
    final int cacheSize = 1024 * 1024 * memClass / 8; 

    mMemoryCache = new LruCache<string, bitmap="">(cacheSize) { 
        @Override 
        protected int sizeOf(String key, Bitmap bitmap) { 
            // The cache size will be measured in bytes rather than number of items. 
            return bitmap.getByteCount(); 
        } 
    }; 
    ... 
}                                                               
public void addBitmapToMemoryCache(String key, Bitmap bitmap) { 
    if (getBitmapFromMemCache(key) == null) { 
        mMemoryCache.put(key, bitmap); 
    } 
}                                                               
public Bitmap getBitmapFromMemCache(String key) { 
    return mMemoryCache.get(key); 
}

注意: 在這個示例中，該程式的1/8記憶體都用來做快取用了。在一個normal/hdpi裝置中，這至少有4MB(32/8)記憶體。
在一個解析度為 800×480的裝置中，滿屏的GridView全部填充上圖片將會使用差不多1.5MB(800*480*4 bytes)
的記憶體，所以這樣差不多在記憶體中快取了2.5頁的圖片。

當在 ImageView 中顯示圖片的時候，
先檢查LruCache 中是否存在。如果存在就使用快取後的圖片，如果不存在就啟動後臺執行緒去載入圖片並快取：

public void loadBitmap(int resId, ImageView imageView) { 
    final String imageKey = String.valueOf(resId); 
    final Bitmap bitmap = getBitmapFromMemCache(imageKey); 
    if (bitmap != null) { 
        mImageView.setImageBitmap(bitmap); 
    } else { 
        mImageView.setImageResource(R.drawable.image_placeholder); 
        BitmapWorkerTask task = new BitmapWorkerTask(mImageView); 
        task.execute(resId); 
    } 
}

BitmapWorkerTask 需要把新的圖片新增到快取中:

class BitmapWorkerTask extends AsyncTask<integer, void,="" bitmap=""> { 
    ... 
    // Decode image in background. 
    @Override 
    protected Bitmap doInBackground(Integer... params) { 
        final Bitmap bitmap = decodeSampledBitmapFromResource( 
                getResources(), params[0], 100, 100)); 
        addBitmapToMemoryCache(String.valueOf(params[0]), bitmap); 
        return bitmap; 
    } 
    ... 
}

下頁將為您介紹其它兩種方法使用磁碟快取和處理配置改變事件

 

使用磁碟快取

在訪問最近使用過的圖片中，記憶體快取速度很快，但是您無法確定圖片是否在快取中存在。像
GridView 這種控制元件可能具有很多圖片需要顯示，很快圖片資料就填滿了快取容量。
同時您的程式還可能被其他任務打斷，比如打進的電話 — 當您的程式位於後臺的時候，系統可能會清楚到這些圖片快取。一旦使用者恢復使用您的程式，您還需要重新處理這些圖片。

在這種情況下，可以使用磁碟快取來儲存這些已經處理過的圖片，當這些圖片在記憶體快取中不可用的時候，可以從磁碟快取中載入從而省略了圖片處理過程。
當然， 從磁碟載入圖片要比從記憶體讀取慢很多，並且應該在非UI執行緒中載入磁碟圖片。

注意: 如果快取的圖片經常被使用的話，可以考慮使用
ContentProvider ，例如在相簿程式中就是這樣幹滴。

在示例程式碼中有個簡單的 DiskLruCache 實現。然後，在Android 4.0中包含了一個更加可靠和推薦使用的DiskLruCache(libcore/luni/src/main/java/libcore/io/DiskLruCache.java)
。您可以很容易的把這個實現移植到4.0之前的版本中使用(來 href=”http://www.google.com/search?q=disklrucache”>Google一下 看看其他人是否已經這樣幹了！)。

這裡是一個更新版本的 DiskLruCache ：

private DiskLruCache mDiskCache; 
private static final int DISK_CACHE_SIZE = 1024 * 1024 * 10; // 10MB 
private static final String DISK_CACHE_SUBDIR = "thumbnails"; 

@Override 
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) { 
    ... 
    // Initialize memory cache 
    ... 
    File cacheDir = getCacheDir(this, DISK_CACHE_SUBDIR); 
    mDiskCache = DiskLruCache.openCache(this, cacheDir, DISK_CACHE_SIZE); 
    ... 
}                                
class BitmapWorkerTask extends AsyncTask<integer, void,="" bitmap=""> { 
    ... 
    // Decode image in background. 
    @Override 
    protected Bitmap doInBackground(Integer... params) { 
        final String imageKey = String.valueOf(params[0]); 

        // Check disk cache in background thread 
        Bitmap bitmap = getBitmapFromDiskCache(imageKey); 

        if (bitmap == null) { // Not found in disk cache 
            // Process as normal 
            final Bitmap bitmap = decodeSampledBitmapFromResource( 
                    getResources(), params[0], 100, 100)); 
        }                               
        // Add final bitmap to caches 
        addBitmapToCache(String.valueOf(imageKey, bitmap); 

        return bitmap; 
    } 
    ... 
}                                
public void addBitmapToCache(String key, Bitmap bitmap) { 
    // Add to memory cache as before 
    if (getBitmapFromMemCache(key) == null) { 
        mMemoryCache.put(key, bitmap); 
    }                                
    // Also add to disk cache 
    if (!mDiskCache.containsKey(key)) { 
        mDiskCache.put(key, bitmap); 
    } 
}                                
public Bitmap getBitmapFromDiskCache(String key) { 
    return mDiskCache.get(key); 
}                                
// Creates a unique subdirectory of the designated app cache directory. Tries to use external 
// but if not mounted, falls back on internal storage. 
public static File getCacheDir(Context context, String uniqueName) { 
    // Check if media is mounted or storage is built-in, if so, try and use external cache dir 
    // otherwise use internal cache dir 
    final String cachePath = Environment.getExternalStorageState() == Environment.MEDIA_MOUNTED 
            || !Environment.isExternalStorageRemovable() ? 
                    context.getExternalCacheDir().getPath() : context.getCacheDir().getPath(); 
    return new File(cachePath + File.separator + uniqueName); 
}

在UI執行緒中檢測記憶體快取，在後臺執行緒中檢測磁碟快取。磁碟操作從來不應該在UI執行緒中實現。當圖片處理完畢後，最終的結果會同時新增到
記憶體快取和磁碟快取中以便將來使用。

處理配置改變事件

執行時的配置變更 — 例如 螢幕方向改變 — 導致Android摧毀正在執行的Activity，然後使用
新的配置從新啟動該Activity (詳情，參考這裡 Handling Runtime Changes)。
您需要注意避免在配置改變的時候導致重新處理所有的圖片，從而提高使用者體驗。

幸運的是，您在 使用記憶體快取 部分已經有一個很好的圖片快取了。該快取可以通過
Fragment (Fragment會通過setRetainInstance(true)函式儲存起來)來傳遞給新的Activity
當Activity重新啟動 後，Fragment 被重新附加到Activity中，您可以通過該Fragment來獲取快取物件。

下面是一個在 Fragment中儲存快取的示例:

private LruCache<string, bitmap=""> mMemoryCache;                  
@Override 
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) { 
    ... 
    RetainFragment mRetainFragment =            RetainFragment.findOrCreateRetainFragment(getFragmentManager()); 
    mMemoryCache = RetainFragment.mRetainedCache; 
    if (mMemoryCache == null) { 
        mMemoryCache = new LruCache<string, bitmap="">(cacheSize) { 
            ... // Initialize cache here as usual 
        } 
        mRetainFragment.mRetainedCache = mMemoryCache; 
    } 
    ... 
}                  
class RetainFragment extends Fragment { 
    private static final String TAG = "RetainFragment"; 
    public LruCache<string, bitmap=""> mRetainedCache; 

    public RetainFragment() {}                  
    public static RetainFragment findOrCreateRetainFragment(FragmentManager fm) { 
        RetainFragment fragment = (RetainFragment) fm.findFragmentByTag(TAG); 
        if (fragment == null) { 
            fragment = new RetainFragment(); 
        } 
        return fragment; 
    }                  
    @Override 
    public void onCreate(Bundle savedInstanceState) { 
        super.onCreate(savedInstanceState); 
        <strong>setRetainInstance(true);</strong> 
    } 
}

此外您可以嘗試分別使用和不使用Fragment來旋轉裝置的螢幕方向來檢視具體的圖片載入情況。

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