Android二级缓存之物理存储介质上的缓存DiskLruCache

Android DiskLruCache属于物理性质的缓存，相较于LruCache缓存，则DiskLruCache属于Android二级缓存中的最后一级。通常Android缓存分为两级，第一级是内存缓存，第二级是物理缓存也即DiskLruCache。顾名思义，DiskLruCache就是将数据缓存到Android的物理介质如外部存储器存储卡、内部存储器存储卡上。
关于LruCache缓存即内存缓存，我在之前写过一系列文章，详情请见附录文章2，3。本文介绍Android硬件级的缓存策略：DiskLruCache。
DiskLruCache的Android谷歌官方实现代码链接：
DiskLruCache.java Android谷歌官方源代码实现链接：https://android.googlesource.com/platform/libcore/+/jb-mr2-release/luni/src/main/java/libcore/io/DiskLruCache.java
事实上，由于DiskLruCache实现原理和过程透明公开，有不少第三方实现，在github上有一个比较流行的DiskLruCache开源实现版本，其项目主页：https://github.com/JakeWharton/DiskLruCache
本文将基于JakeWharton实现的DiskLruCache开源库为例说明。使用JakeWharton实现的DiskLruCache，需要先将github上的代码下载，下载后，直接复制到自己项目代码java目录下作为自己的源代码直接使用即可。

（1）DiskLruCache的初始化。

public static DiskLruCache open(File directory, int appVersion, int valueCount, long maxSize);

DiskLruCache使用前首先需要从一个静态方法open创建一个DiskLruCache实例。
一个缓存目录directory，缓存目录directory可以用Android系统提供的默认缓存目录，也可以自己指定一个显而易见的目录。
DiskLruCache在open缓存目录时候，如果前后appVersion不同则销魂缓存。
valueCount类似于指明一个数组的长度，通常是1，是1 的话，那么在后面写缓存newOutputStream时候是newOutputStream(0)，因为类似数组下标。长度为1的数组，那么数组中只有一个元素且该元素的下标是0。同样，读的时候也是getInputStream(0)。
maxSize意义简单，指定DiskLruCache缓存的大小，总不能让DiskLruCache无限制缓存吧。所以一般要给DiskLruCache指定一个适当的缓存尺寸和限制，一般是10 * 1024 * 1024，10MB。

我写的初始化例子：

private void makeDiskLruCache() {
        try {
            File cacheDir = getDiskCacheDir(this, UNIQUENAME);

            if (!cacheDir.exists()) {
                Log.d(TAG, "缓存目录不存在，创建之...");
                cacheDir.mkdirs();
            } else
                Log.d(TAG, "缓存目录已存在，不需创建.");

            //第二个参数我选取APP的版本code。DiskLruCache如果发现第二个参数version不同则销毁缓存
            //第三个参数为1，在写缓存的流时候，newOutputStream(0)，0为索引，类似数组的下标
            mDiskLruCache = DiskLruCache.open(cacheDir, getVersionCode(this), 1, DISK_CACHE_MAX_SIZE);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

（2）往DiskLruCache写缓存的一般过程。
DiskLruCache的缓存是<K,V>结构。缓存写入DiskLruCache，首先要从DiskLruCache获得一个DiskLruCache.Editor，用DiskLruCache.Editor的editor传递参数key进去，再获得一个OutputStream，拿到这个OutputStream，就可以把DiskLruCache当作一个接收数据的输出流往里面写数据。写完不要忘记commit。一个DiskLruCache写缓存的代码片段：

//把byte字节写入缓存DiskLruCache
    private void writeToDiskLruCache(String url, byte[] buf) throws Exception {
        Log.d(TAG, url + " : 开始写入缓存...");

        //DiskLruCache缓存需要一个key，我先把url转换成md5字符串，
        //然后以md5字符串作为key键
        String key=urlToKey(url);
        DiskLruCache.Editor editor = mDiskLruCache.edit(key);

        OutputStream os = editor.newOutputStream(0);
        os.write(buf);
        os.flush();
        editor.commit();

        mDiskLruCache.flush();

        Log.d(TAG, url + " : 写入缓存完成.");
    }

（3）从DiskLruCache读缓存的一般过程。
直接的以之前写缓存时候的key键从DiskLruCache中读取：DiskLruCache.get(key)，获得一个快照DiskLruCache.Snapshot，如果这个DiskLruCache.Snapshot为null，则说明没有缓存，如果有，则说明已经缓存，然后从DiskLruCache.Snapshot组建一个输入流把缓存数据恢复出来即可。读缓存的代码：

//从DiskLruCache中读取缓存
    private Bitmap readBitmapFromDiskLruCache(String url) {
        DiskLruCache.Snapshot snapShot = null;
        try {
            //把url转换成一个md5字符串，然后以这个md5字符串作为key
            String key = urlToKey(url);

            snapShot = mDiskLruCache.get(key);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }

        if (snapShot != null) {
            Log.d(TAG, "发现缓存:" + url);
            InputStream is = snapShot.getInputStream(0);
            Bitmap bitmap = BitmapFactory.decodeStream(is);
            Log.d(TAG, "从缓存中读取Bitmap.");

            return bitmap;
        } else
            return null;
    }

再写一个完整的简单例子说明。一个ImageView，ImageView需要加载一个网路图片，该图片是我的csdn博客头像。例子中，代码启动后，在为ImageView加载网络图片时候，会首先检查本地DiskLruCache中是否有缓存，如果有则直接使用缓存，如果没有，则重新开启一个线程下载图片资源，图片下载完成后，一方面要设置到ImageView中，同时要把图片数据写入DiskLruCache缓存中。

package zhangphil.app;

import android.content.Context;
import android.content.pm.PackageInfo;
import android.content.pm.PackageManager;
import android.graphics.Bitmap;
import android.graphics.BitmapFactory;
import android.os.Environment;
import android.os.Handler;
import android.os.Message;
import android.support.v7.app.AppCompatActivity;
import android.os.Bundle;
import android.util.Log;
import android.widget.ImageView;

import com.jakewharton.disklrucache.DiskLruCache;

import java.io.BufferedInputStream;
import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.File;
import java.io.InputStream;
import java.io.OutputStream;
import java.net.HttpURLConnection;
import java.net.URL;
import java.security.MessageDigest;
import java.security.NoSuchAlgorithmException;
import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;


public class MainActivity extends AppCompatActivity {

    private Handler handler;

    private ExecutorService pool;
    // 默认的线程池容量
    private int DEFAULT_TASK_NUMBER = 10;

    private final int WHAT = 0xe001;

    private String TAG = "zhangphil_tag";

    private String UNIQUENAME = "zhangphil_cache";

    private DiskLruCache mDiskLruCache = null;

    //缓存大小
    private int DISK_CACHE_MAX_SIZE = 10 * 1024 * 1024;

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);

        //初始化DiskLruCache，创建DiskLruCache实例
        makeDiskLruCache();

        //创建容量为 asyncTaskNumber 的线程池。
        pool = Executors.newFixedThreadPool(DEFAULT_TASK_NUMBER);

        final ImageView image = (ImageView) findViewById(R.id.image);

        handler = new Handler() {
            @Override
            public void handleMessage(Message msg) {
                switch (msg.what) {
                    case WHAT:
                        image.setImageBitmap((Bitmap) msg.obj);
                }
            }
        };

        //一个测试的URL连接，从这个链接下载一个图片加载到ImageView中
        String image_url = "http://avatar.csdn.net/9/7/A/1_zhangphil.jpg";

        getBitmap(image_url);
    }

    private void getBitmap(String url) {
        //首先从DiskLruCache读取缓存，缓存是否有该url的图片缓存
        Bitmap bmp = readBitmapFromDiskLruCache(url);

        if (bmp == null) {
            //如果缓存中没有，则创建一个线程下载
            Thread t = new DownloadThread(url);

            //把线程放到线程池中下载
            pool.execute(t);
        } else {
            //在DiskLruCache中发现缓存，直接复用
            sendResult(bmp);
        }
    }

    //从DiskLruCache中读取缓存
    private Bitmap readBitmapFromDiskLruCache(String url) {
        DiskLruCache.Snapshot snapShot = null;
        try {
            //把url转换成一个md5字符串，然后以这个md5字符串作为key
            String key = urlToKey(url);

            snapShot = mDiskLruCache.get(key);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }

        if (snapShot != null) {
            Log.d(TAG, "发现缓存:" + url);
            InputStream is = snapShot.getInputStream(0);
            Bitmap bitmap = BitmapFactory.decodeStream(is);
            Log.d(TAG, "从缓存中读取Bitmap.");

            return bitmap;
        } else
            return null;
    }

    //把byte字节写入缓存DiskLruCache
    private void writeToDiskLruCache(String url, byte[] buf) throws Exception {
        Log.d(TAG, url + " : 开始写入缓存...");

        //DiskLruCache缓存需要一个key，我先把url转换成md5字符串，
        //然后以md5字符串作为key键
        String key=urlToKey(url);
        DiskLruCache.Editor editor = mDiskLruCache.edit(key);

        OutputStream os = editor.newOutputStream(0);
        os.write(buf);
        os.flush();
        editor.commit();

        mDiskLruCache.flush();

        Log.d(TAG, url + " : 写入缓存完成.");
    }

    private void makeDiskLruCache() {
        try {
            File cacheDir = getDiskCacheDir(this, UNIQUENAME);

            if (!cacheDir.exists()) {
                Log.d(TAG, "缓存目录不存在，创建之...");
                cacheDir.mkdirs();
            } else
                Log.d(TAG, "缓存目录已存在，不需创建.");

            //第二个参数我选取APP的版本code。DiskLruCache如果发现第二个参数version不同则销毁缓存
            //第三个参数为1，在写缓存的流时候，newOutputStream(0)，0为索引，类似数组的下标
            mDiskLruCache = DiskLruCache.open(cacheDir, getVersionCode(this), 1, DISK_CACHE_MAX_SIZE);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    // 开辟一个下载线程
    private class DownloadThread extends Thread {

        private String url;

        public DownloadThread(String url) {
            this.url = url;
        }

        @Override
        public void run() {

            try {
                byte[] imageBytes = loadRawDataFromURL(url);

                // 数据下载完毕，把新的bitmap数据写入DiskLruCache缓存
                writeToDiskLruCache(url, imageBytes);

                Bitmap bmp = BitmapFactory.decodeByteArray(imageBytes, 0, imageBytes.length);

                sendResult(bmp);
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }

    // 发送消息通知：bitmap已经下载完成。
    private void sendResult(Bitmap bitmap) {
        Message message = handler.obtainMessage();
        message.what = WHAT;
        message.obj = bitmap;
        handler.sendMessage(message);
    }

    //从一个url下载原始数据，本例是一个图片资源。
    public byte[] loadRawDataFromURL(String u) throws Exception {
        Log.d(TAG, "开始下载 " + u);

        URL url = new URL(u);
        HttpURLConnection conn = (HttpURLConnection) url.openConnection();

        InputStream is = conn.getInputStream();
        BufferedInputStream bis = new BufferedInputStream(is);

        ByteArrayOutputStream baos = new ByteArrayOutputStream();

        final int BUFFER_SIZE = 2048;
        final int EOF = -1;

        int c;
        byte[] buf = new byte[BUFFER_SIZE];

        while (true) {
            c = bis.read(buf);
            if (c == EOF)
                break;

            baos.write(buf, 0, c);
        }

        conn.disconnect();
        is.close();

        byte[] data = baos.toByteArray();
        baos.flush();

        Log.d(TAG, "下载完成! " + u);

        return data;
    }


    /*
    *
    * 当SD卡存在或者SD卡不可被移除的时候，就调用getExternalCacheDir()方法来获取缓存路径，
    * 否则就调用getCacheDir()方法来获取缓存路径。
    * 前者获取到的就是 /sdcard/Android/data/<application package>/cache
    * 而后者获取到的是 /data/data/<application package>/cache 。
    *
    * */
    public File getDiskCacheDir(Context context, String uniqueName) {
        String cachePath = null;
        if (Environment.MEDIA_MOUNTED.equals(Environment.getExternalStorageState()) || !Environment.isExternalStorageRemovable()) {
            cachePath = context.getExternalCacheDir().getPath();
        } else {
            cachePath = context.getCacheDir().getPath();
        }

        File dir = new File(cachePath + File.separator + uniqueName);
        Log.d(TAG, "缓存目录:" + dir.getAbsolutePath());

        return dir;
    }


    //版本名
    public static String getVersionName(Context context) {
        return getPackageInfo(context).versionName;
    }

    //版本号
    public static int getVersionCode(Context context) {
        return getPackageInfo(context).versionCode;
    }

    private static PackageInfo getPackageInfo(Context context) {
        PackageInfo pi = null;

        try {
            PackageManager pm = context.getPackageManager();
            pi = pm.getPackageInfo(context.getPackageName(), PackageManager.GET_CONFIGURATIONS);

            return pi;
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }

        return pi;
    }

    public String urlToKey(String url) {
        return getMD5(url);
    }

    /*
    * 传入一个字符串String msg，返回Java MD5加密后的16进制的字符串结果。
    * 结果形如：c0e84e870874dd37ed0d164c7986f03a
    */
    public static String getMD5(String msg) {
        MessageDigest md = null;
        try {
            md = MessageDigest.getInstance("MD5");
        } catch (NoSuchAlgorithmException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        md.reset();
        md.update(msg.getBytes());
        byte[] bytes = md.digest();

        String result = "";
        for (byte b : bytes) {
            // byte转换成16进制
            result += String.format("%02x", b);
        }

        return result;
    }
}

涉及到Android网络操作和存储设备的读写，不要忘记加相关权限：

<!-- SDCard中创建与删除文件权限 -->
    <uses-permission android:name="android.permission.MOUNT_UNMOUNT_FILESYSTEMS"/>
    <!-- 向SDCard写入数据权限 -->
    <uses-permission android:name="android.permission.WRITE_EXTERNAL_STORAGE"/>

    <uses-permission android:name="android.permission.INTERNET"></uses-permission>

附录文章：
1，《基于Java LinkedList,实现Android大数据缓存策略》链接地址：http://blog.csdn.net/zhangphil/article/details/44116885
2，《使用新式LruCache取代SoftReference缓存图片，Android异步加载图片》链接地址：http://blog.csdn.net/zhangphil/article/details/43667415
3，《使用Android新式LruCache缓存图片，基于线程池异步加载图片》链接地址：http://blog.csdn.net/zhangphil/article/details/44082287
4，《Java MD5（字符串）》链接地址：http://blog.csdn.net/zhangphil/article/details/44152077
5，《从一个URL下载原始数据，基于byte字节》链接地址：http://blog.csdn.net/zhangphil/article/details/43794837

6，《Android获取App版本号和版本名》链接地址：http://blog.csdn.net/zhangphil/article/details/43795099