谈谈LruCache源码

LruCache，首先从名字就可以看出它的功能。作为较为常用的缓存策略，它在日常开发中起到了重要的作用。例如Glide中，它与SoftReference 在Engine类中缓存图片，可以减少流量开销，提升加载图片的效率。在API12时引入android.util.LruCache，然而在API22时对它进行了修改，引入了android.support.v4.util.LruCache。我们在这里分析的是support包里的LruCache

什么是LruCache算法？

Lru（Least Recently Used），也就是最近最少使用算法。它在内部维护了一个LinkedHashMap，在put数据的时候会判断指定的内存大小是否已满。若已满，则会使用最近最少使用算法进行清理。至于为什么要使用LinkedHashMap存储，因为LinkedHashMap内部是一个数组加双向链表的形式来存储数据，也就是说当我们通过get方法获取数据的时候，数据会从队列跑到队头来。反反复复，队尾的数据自然是最少使用到的数据。

LruCache如何使用?

初始化

一般来说，我们都是取运行时最大内存的八分之一来作为内存空间，同时还要覆写一个sizeOf的方法。特别需要强调的是，sizeOf的单位必须和内存空间的单位一致。

int maxMemory = (int) (Runtime.getRuntime().maxMemory() / 1024);
LruCache<String, Bitmap> cache = new LruCache<String, Bitmap>(maxMemory / 8) {
            @Override
            protected int sizeOf(@NonNull String key, @NonNull Bitmap value) {
                return bitmap.getRowBytes() * bitmap.getHeight() / 1024;
            }
        };

API

LruCache源码分析

我们接下里从构造方法开始为大家进行讲解：

构造函数

    public LruCache(int maxSize) {
        if (maxSize <= 0) {
            throw new IllegalArgumentException("maxSize <= 0");
        } else {
            this.maxSize = maxSize;
            this.map = new LinkedHashMap(0, 0.75F, true);
        }
    }

构造函数一共做了两件事。第一节：判断maxSize是否小于等于0。第二件，初始化maxSize和LinkedHashMap。没什么可说的，我们接着往下走。

safeSizeOf（测量元素大小）

    private int safeSizeOf(K key, V value) {
        int result = this.sizeOf(key, value);
        if (result < 0) {//判空
            throw new IllegalStateException("Negative size: " + key + "=" + value);
        } else {
            return result;
        }
    }

sizeOf （测量元素大小）

这个方法一定要覆写，否则存不进数据。

    protected int sizeOf(@NonNull K key, @NonNull V value) {
        return 1;
    }

put方法 （增加元素）

@Nullable
    public final V put(@NonNull K key, @NonNull V value) {
        if (key != null && value != null) {
            Object previous;
            synchronized(this) {
                ++this.putCount;//count为LruCahe的缓存个数，这里加一
                this.size += this.safeSizeOf(key, value);//加上这个value的大小
                previous = this.map.put(key, value);//存进LinkedHashMap中
                if (previous != null) {//如果之前存过这个key，则减掉之前value的大小
                    this.size -= this.safeSizeOf(key, previous);
                }
            }

            if (previous != null) {
                this.entryRemoved(false, key, previous, value);
            }

            this.trimToSize(this.maxSize);//进行内存判断
            return previous;
        } else {
            throw new NullPointerException("key == null || value == null");
        }
    }

在synchronized代码块里，进入的就是一次插入操作。我们往下，俺老孙定眼一看，似乎trimToSize这个方法有什么不寻常的地方？

trimToSize （判断是否内存溢出）

public void trimToSize(int maxSize) {
        while(true) {//这是一个无限循环，目的是为了移除value直到内存空间不溢出
            Object key;
            Object value;
            synchronized(this) {
                if (this.size < 0 || this.map.isEmpty() && this.size != 0) {//如果没有分配内存空间，抛出异常
                    throw new IllegalStateException(this.getClass().getName() + ".sizeOf() is reporting inconsistent results!");
                }

                if (this.size <= maxSize || this.map.isEmpty()) {//如果小于内存空间，just so so～
                    return;
                }
				//否则将使用Lru算法进行移除
                Entry<K, V> toEvict = (Entry)this.map.entrySet().iterator().next();
                key = toEvict.getKey();
                value = toEvict.getValue();
                this.map.remove(key);
                this.size -= this.safeSizeOf(key, value);
                ++this.evictionCount;//回收次数+1
            }

            this.entryRemoved(true, key, value, (Object)null);
        }
    }

这个TrimToSize方法的作用在于判断内存空间是否溢出。利用无限循环，将一个一个的最少使用的数据给剔除掉。

get方法 （获取元素）

@Nullable
    public final V get(@NonNull K key) {
        if (key == null) {
            throw new NullPointerException("key == null");
        } else {
            Object mapValue;
            synchronized(this) {
                mapValue = this.map.get(key);
                if (mapValue != null) {
                    ++this.hitCount;//命中次数+1,并且返回mapValue
                    return mapValue;
                }

                ++this.missCount;//未命中次数+1
            }
            /*
			如果未命中，会尝试利用create方法创建对象
            create需要自己实现，若未实现则返回null
            */
            V createdValue = this.create(key);
            if (createdValue == null) {
                return null;
            } else {
                synchronized(this) {
                    //创建了新对象之后，再将其添加进map中，与之前put方法逻辑基本相同
                    ++this.createCount;
                    mapValue = this.map.put(key, createdValue);
                    if (mapValue != null) {
                        this.map.put(key, mapValue);
                    } else {
                        this.size += this.safeSizeOf(key, createdValue);
                    }
                }

                if (mapValue != null) {
                    this.entryRemoved(false, key, createdValue, mapValue);
                    return mapValue;
                } else {
                    this.trimToSize(this.maxSize);//每次加入数据时，都需要判断一下是否溢出
                    return createdValue;
                }
            }
        }
    }

create方法 （尝试创造对象）

    @Nullable
    protected V create(@NonNull K key) {
        return null;//这个方法需要自己实现
    }

get方法和create方法的注释已经写在了代码上，这里逻辑同样不是很复杂。但是我们需要注意的是map的get方法，既然LinkedHashMap能实现Lru算法，那么它的内部一定不简单！

LinkedHashMap的get方法

public V get(Object key) {
        Node<K,V> e;
        if ((e = getNode(hash(key), key)) == null)
            return null;
        if (accessOrder)
            afterNodeAccess(e);
        return e.value;
    }

LinkedHashMap中，首先进行了判断，是否找到该元素，没找到则返回null。找到则调用afterNodeAccess方法。

LinkedHashMap的afterNodeAccess方法

void afterNodeAccess(Node<K,V> e) { // move node to last
        LinkedHashMapEntry<K,V> last;
    		//accessOrder为true 且当前节点不是尾节点 则按访问顺序排序
        if (accessOrder && (last = tail) != e) {
            LinkedHashMapEntry<K,V> p =
                (LinkedHashMapEntry<K,V>)e, b = p.before, a = p.after;
            //下面是排序过程
            p.after = null;
            if (b == null)
                head = a;
            else
                b.after = a;
            if (a != null)
                a.before = b;
            else
                last = b;
            if (last == null)
                head = p;
            else {
                p.before = last;
                last.after = p;
            }
            tail = p;
            ++modCount;
        }
    }

原来如此！LinkedHashMap在这个方法中实现了按访问顺序排序，这也就是为什么我们的LruCache底层是使用的LinkedHashMap作为数据结构。

主要方法已经讲完了 ，接下里我们就看看其他方法吧。

remove （移除元素）

    @Nullable
    public final V remove(@NonNull K key) {
        if (key == null) {//判空
            throw new NullPointerException("key == null");
        } else {
            Object previous;
            synchronized(this) {
                previous = this.map.remove(key);//根据key移除value
                if (previous != null) {
                    this.size -= this.safeSizeOf(key, previous);//减掉value的大小
                }
            }

            if (previous != null) {
                this.entryRemoved(false, key, previous, (Object)null);
            }

            return previous;
        }
    }

evictAll方法（移除所有元素）

    public final void evictAll() {
        this.trimToSize(-1);//移除掉所有的value
    }

其他方法

    public final synchronized int size() {
        return this.size;//当前内存空间的size
    }

    public final synchronized int maxSize() {
        return this.maxSize;//内存空间最大的size
    }

    public final synchronized int hitCount() {
        return this.hitCount;//命中个数
    }

    public final synchronized int missCount() {
        return this.missCount;//未命中个数
    }

    public final synchronized int createCount() {
        return this.createCount;//创建Value的个数
    }

    public final synchronized int putCount() {
        return this.putCount;//put进去的个数
    }

    public final synchronized int evictionCount() {
        return this.evictionCount;//移除个数
    }

    public final synchronized Map<K, V> snapshot() {
        return new LinkedHashMap(this.map);//创建LinkedHashMap
    }

    public final synchronized String toString() {//toString
        int accesses = this.hitCount + this.missCount;
        int hitPercent = accesses != 0 ? 100 * this.hitCount / accesses : 0;
        return String.format(Locale.US, "LruCache[maxSize=%d,hits=%d,misses=%d,hitRate=%d%%]", this.maxSize, this.hitCount, this.missCount, hitPercent);
    }

最后

有了这篇文章，相信大家对LruCache的工作原理已经很清楚了吧！有什么不对的地方希望大家能够指正。学无止境，大家一起加油吧。