在Android开发中，如果图片过多，而我们又没有对图片进行有效的缓存，就很容易导致OOM（Out Of Memory）错误。因此，图片的缓存是非常重要的，尤其是对图片非常多的应用。现在很多框架都做了很好的图片缓存处理，如【Fresco】、【Glide】等。
本帖主要介绍以下Android中图片的三级缓存机制的原理及其应用。本帖中的代码都是使用Android原生的代码编写的。
1、原理
Android图片三级缓存的原理如下图所示：
可见，Android中图片的三级缓存主要是强引用、软银用和文件系统。
Android原生为我们提供了一个LruCache，其中维护着一个LinkedHashMap。LruCache可以用来存储各种类型的数据，但最常见的是存储图片（Bitmap）。LruCache创建LruCache时，我们需要设置它的大小，一般是系统最大存储空间的八分之一。LruCache的机制是存储最近、最后使用的图片，如果LruCache中的图片大小超过了其默认大小，则会将最老、最远使用的图片移除出去。
当图片被LruCache移除的时候，我们需要手动将这张图片添加到软引用（SoftReference）中。我们需要在项目中维护一个由SoftReference组成的集合，其中存储被LruCache移除出来的图片。软引用的一个好处是当系统空间紧张的时候，软引用可以随时销毁，因此软引用是不会影响系统运行的，换句话说，如果系统因为某个原因OOM了，那么这个原因肯定不是软引用引起的。
下面叙述一下三级缓存的流程：
当我们的APP中想要加载某张图片时，先去LruCache中寻找图片，如果LruCache中有，则直接取出来使用，如果LruCache中没有，则去SoftReference中寻找，如果SoftReference中有，则从SoftReference中取出图片使用，同时将图片重新放回到LruCache中，如果SoftReference中也没有图片，则去文件系统中寻找，如果有则取出来使用，同时将图片添加到LruCache中，如果没有，则连接网络从网上下载图片。图片下载完成后，将图片保存到文件系统中，然后放到LruCache中。
2、实现
（1）网络访问工具类HttpUtil：
import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.InputStream;
import java.net.HttpURLConnection;
import java.net.URL; /**
* 访问Http的工具类
*/
public class HttpUtil {
private static HttpUtil instance; private HttpUtil() {
} public static HttpUtil getInstance() {
if (instance == null) {
synchronized (HttpUtil.class) {
if (instance == null) {
instance = new HttpUtil();
}
}
}
return instance;
} /**
* 通过path（URL）访问网络获取返回的字节数组
*/
public byte[] getByteArrayFromWeb(String path) {
byte[] b = null;
InputStream is = null;
ByteArrayOutputStream baos = null;
try {
URL url = new URL(path);
HttpURLConnection connection = (HttpURLConnection) url.openConnection();
connection.setRequestMethod("GET");
connection.setDoInput(true);
connection.setConnectTimeout(5000);
connection.connect();
if (connection.getResponseCode() == HttpURLConnection.HTTP_OK) {
baos = new ByteArrayOutputStream();
is = connection.getInputStream();
byte[] tmp = new byte[1024];
int length = 0;
while ((length = is.read(tmp)) != -1) {
baos.write(tmp, 0, length);
}
}
b = baos.toByteArray();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
try {
if (is != null) {
is.close();
}
if (baos != null) {
baos.close();
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
return b;
}
}
（2）操作文件系统的工具类FileUtil：
import android.content.Context; import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.File;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.FileOutputStream; /**
* 操作内存文件的工具类
*/
public class FileUtil {
private static FileUtil instance; private Context context; private FileUtil(Context context) {
this.context = context;
} public static FileUtil getInstance(Context context) {
if (instance == null) {
synchronized (FileUtil.class) {
if (instance == null) {
instance = new FileUtil(context);
}
}
}
return instance;
} /**
* 将文件存储到内存中
*/
public void writeFileToStorage(String fileName, byte[] b) {
FileOutputStream fos = null;
try {
File file = new File(context.getFilesDir(), fileName);
fos = new FileOutputStream(file);
fos.write(b, 0, b.length);
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
try {
if (fos != null) {
fos.close();
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
} /**
* 从内存中读取文件的字节码
*/
public byte[] readBytesFromStorage(String fileName) {
byte[] b = null;
FileInputStream fis = null;
ByteArrayOutputStream baos = null;
try {
fis = context.openFileInput(fileName);
baos = new ByteArrayOutputStream();
byte[] tmp = new byte[1024];
int len = 0;
while ((len = fis.read(tmp)) != -1) {
baos.write(tmp, 0, len);
}
b = baos.toByteArray();
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
} finally {
try {
if (fis != null) {
fis.close();
}
if (baos != null) {
baos.close();
}
} catch (Exception e) {
e.printStackTrace();
}
}
return b;
}
}
（3）LruCache的子类ImageCache：
import android.graphics.Bitmap;
import android.os.Build;
import android.support.annotation.RequiresApi;
import android.util.LruCache; import java.lang.ref.SoftReference;
import java.util.Map; /**
* 图片缓存
*/
@RequiresApi(api = Build.VERSION_CODES.HONEYCOMB_MR1)
public class ImageCache extends LruCache<String, Bitmap> {
private Map<String, SoftReference<Bitmap>> cacheMap; public ImageCache(Map<String, SoftReference<Bitmap>> cacheMap) {
super((int) (Runtime.getRuntime().maxMemory() / 8));
this.cacheMap = cacheMap;
} @Override // 获取图片大小
protected int sizeOf(String key, Bitmap value) {
return value.getRowBytes() * value.getHeight();
} @Override // 当有图片从LruCache中移除时，将其放进软引用集合中
protected void entryRemoved(boolean evicted, String key, Bitmap oldValue, Bitmap newValue) {
if (oldValue != null) {
SoftReference<Bitmap> softReference = new SoftReference<Bitmap>(oldValue);
cacheMap.put(key, softReference);
}
} public Map<String, SoftReference<Bitmap>> getCacheMap() {
return cacheMap;
}
}
（4）三级缓存的工具类CacheUtil：
import android.content.Context;
import android.graphics.Bitmap;
import android.graphics.BitmapFactory;
import android.os.Build;
import android.widget.ImageView; import java.io.File;
import java.lang.ref.SoftReference;
import java.util.HashMap;
import java.util.Map; /**
* 缓存工具类
*/
public class CacheUtil {
private static CacheUtil instance; private Context context;
private ImageCache imageCache; private CacheUtil(Context context) {
this.context = context;
Map<String, SoftReference<Bitmap>> cacheMap = new HashMap<>();
if (Build.VERSION.SDK_INT >= Build.VERSION_CODES.HONEYCOMB_MR1) { // SDK版本判断
this.imageCache = new ImageCache(cacheMap);
}
} public static CacheUtil getInstance(Context context) {
if (instance == null) {
synchronized (CacheUtil.class) {
if (instance == null) {
instance = new CacheUtil(context);
}
}
}
return instance;
} /**
* 将图片添加到缓存中
*/
private void putBitmapIntoCache(String fileName, byte[] data) {
// 将图片的字节数组写入到内存中
FileUtil.getInstance(context).writeFileToStorage(fileName, data);
// 将图片存入强引用（LruCache）
if (Build.VERSION.SDK_INT >= Build.VERSION_CODES.HONEYCOMB_MR1) {
imageCache.put(fileName, BitmapFactory.decodeByteArray(data, 0, data.length));
}
} /**
* 从缓存中取出图片
*/
private Bitmap getBitmapFromCache(String fileName) {
// 从强引用（LruCache）中取出图片
Bitmap bm = null;
if (android.os.Build.VERSION.SDK_INT >= android.os.Build.VERSION_CODES.HONEYCOMB_MR1) { // SDK版本判断
bm = imageCache.get(fileName);
if (bm == null) {
// 如果图片不存在强引用中，则去软引用（SoftReference）中查找
Map<String, SoftReference<Bitmap>> cacheMap = imageCache.getCacheMap();
SoftReference<Bitmap> softReference = cacheMap.get(fileName);
if (softReference != null) {
bm = softReference.get();
imageCache.put(fileName, bm);
} else {
// 如果图片不存在软引用中，则去内存中找
byte[] data = FileUtil.getInstance(context).readBytesFromStorage(fileName);
if (data != null && data.length > 0) {
bm = BitmapFactory.decodeByteArray(data, 0, data.length);
imageCache.put(fileName, bm);
}
}
}
}
return bm;
} /**
* 使用三级缓存为ImageView设置图片
*/
public void setImageToView(final String path, final ImageView view) {
final String fileName = path.substring(path.lastIndexOf(File.separator) + 1);
Bitmap bm = getBitmapFromCache(fileName);
if (bm != null) {
view.setImageBitmap(bm);
} else {
// 从网络获取图片
new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
byte[] b = HttpUtil.getInstance().getByteArrayFromWeb(path);
if (b != null && b.length > 0) {
// 将图片字节数组写入到缓存中
putBitmapIntoCache(fileName, b);
final Bitmap bm = BitmapFactory.decodeByteArray(b, 0, b.length);
// 将从网络获取到的图片设置给ImageView
view.post(new Runnable() {
@Override
public void run() {
view.setImageBitmap(bm);
}
});
}
}
}).start();
}
}
}
3、调用
（1）MainActivity的布局文件activity_main.xml中的代码：
<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<RelativeLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
android:id="@+id/activity_main"
android:layout_width="match_parent"
android:layout_height="match_parent"> <ListView
android:id="@+id/id_main_lv_lv"
android:layout_width="match_parent"
android:layout_height="match_parent"
android:divider="#DDDDDD"
android:dividerHeight="1.0dip" /> </RelativeLayout>
（2）MainActivity中的代码：
import android.os.Bundle;
import android.support.v7.app.AppCompatActivity;
import android.widget.ListView; import com.example.itgungnir.testimagecache.R;
import com.example.itgungnir.testimagecache.SharedData;
import com.example.itgungnir.testimagecache.adapter.ImageAdapter; import java.util.Arrays;
import java.util.List; public class MainActivity extends AppCompatActivity {
private ListView lv; private List<String> urlList; @Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_main);
lv = (ListView) findViewById(R.id.id_main_lv_lv);
initData();
} // 初始化数据
private void initData() {
// 初始化图片URL列表
urlList = Arrays.asList(SharedData.IMAGE_URLS);
} @Override
protected void onResume() {
super.onResume();
initView();
} // 初始化视图
private void initView() {
// 为ListView适配数据
ImageAdapter adapter = new ImageAdapter(MainActivity.this, urlList);
lv.setAdapter(adapter);
}
}
（3）ListView的适配器类ImageAdapter中的代码：
import android.os.Bundle;
import android.support.v7.app.AppCompatActivity;
import android.widget.ListView; import com.example.itgungnir.testimagecache.R;
import com.example.itgungnir.testimagecache.SharedData;
import com.example.itgungnir.testimagecache.adapter.ImageAdapter; import java.util.Arrays;
import java.util.List; public class MainActivity extends AppCompatActivity {
private ListView lv; private List<String> urlList; @Override
protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
super.onCreate(savedInstanceState);
setContentView(R.layout.activity_main);
lv = (ListView) findViewById(R.id.id_main_lv_lv);
initData();
} // 初始化数据
private void initData() {
// 初始化图片URL列表
urlList = Arrays.asList(SharedData.IMAGE_URLS);
} @Override
protected void onResume() {
super.onResume();
initView();
} // 初始化视图
private void initView() {
// 为ListView适配数据
ImageAdapter adapter = new ImageAdapter(MainActivity.this, urlList);
lv.setAdapter(adapter);
}
}
（4）ListView的Item的布局文件listitem_image.xml中的代码：
<?xml version="1.0" encoding="utf-8"?>
<LinearLayout xmlns:android="http://schemas.android.com/apk/res/android"
android:layout_width="match_parent"
android:layout_height="wrap_content"
android:orientation="vertical"
android:padding="10.0dip"> <ImageView
android:id="@+id/id_imageitem_image"
android:layout_width="100.0dip"
android:layout_height="100.0dip"
android:layout_gravity="center_horizontal"
android:contentDescription="@string/app_name"
android:scaleType="fitXY" /> </LinearLayout>
最终运行结果如下图所示：