Android 开发艺术探索笔记之十二 -- Bitmap 的加

作者: whd_Alive | 来源:发表于2018-08-04 11:43 被阅读0次

学习内容：

如何有效加载 Bitmap
Android 常用的缓存策略
- LurChche - 内存缓存
- DiskLurCache - 存储缓存
优化列表的卡顿现象

1. Bitmap 的高效加载

如何加载图片？

四类方法：

BitmapFactory.decodeFile / decodeResource / decodeStream / decodeByteArray
分别对应从文件系统 / 资源 / 输入流 / 以及字节数组中加载 Bitmap 对象
关系：decodeFile 和 decodeResource 间接调用了 decodeStream

如何高效加载图片？

核心思想：采用 BitmapFactory.Options 加载所需尺寸的图片
说明：主要是 inSampleSize 参数，即采样率。inSampleSize 为 1 时，表示原始大小；当 inSampleSize 为 2 时，采样后的图片宽/高均变为原来的 1/2，即整个图片缩小为原来的 1/4。inSampleSize 必须大于 1 才能起作用，效果以此类推。
具体方法（获取采样率）：
1. 将 BitmapFactory.Options 的 inJustDecodeBounds 参数设为 true 并加载图片
2. 从 BitmapFactory.Options 中取出图片的原始宽/高信息，对应于 outWidth 和 outHeight 参数
3. 计算所需的采样率 inSampleSize
4. 将 BitmapFactory.Options 的 inJustDecodeBounds 参数设为 false，然后重新加载图片
inJustDecodeBounds 参数设为 true 时，BitmapFactory 只会解析图片的原始宽/高信息，并不会真正的加载图片

2. Android 中的缓存策略

为什么需要缓存？

两方面原因：提高程序效率 + 节约流量开销

缓存策略

一般来说，缓存策略主要包括 缓存的添加、获取和删除这三个操作。
目前常用的一种缓存算法是 LRU，即最近最少使用算法，核心思想是缓存满了时，优先淘汰最近最少使用的缓存对象。

2.1 LruCache

兼容性

LruCache 是 Android 3.1 提供的一个缓存类，如果需要兼容 3.1 以下的版本，则需要使用 support-v4 兼容包中提供的 LruCache

实现思想

LruCache 是一个泛型类，内部采用一个 LinkedHashMap 以强引用的方式存储外界的缓存对象，通过 get 和 set 方法完成缓存的获取和添加，当缓存满时，LruCache 会移除较早使用的缓存对象，然后添加新的缓存对象。

LruCache 是线程安全的。

关于强引用、软引用和弱引用：

强引用：直接的对象引用
软引用：当一个对象只有软引用存在时，系统内存不足时此对象会被 GC 回收
弱引用：当一个对象只有弱引用存在时，此对象随时被 GC 回收

原理

留待后续学习。

具体使用

创建：提供缓存的总容量大小并重写 sizeOf 方法
获取：get 方法
添加：put 方法
删除：remove 方法删除指定的缓存对象

2.2 DiskLruCache

简述

DiskLruCache 用于实现存储设备缓存，通过将缓存对象写入文件系统从而实现缓存的效果。
源码地址：https://github.com/JakeWharton/DiskLruCache

使用方式

DiskLruCache 的创建
- 通过 public static DiskLruCache open(File directory, int appVersion, int valueCount, long maxSize) 方法创建自身。
- 参数：
  - directory：磁盘缓存在文件系统中的存储路径
  - appVersion：应用的版本号，一般设为 1 即可
  - valueCount：单个节点所对应的数据的个数，一般设为 1 即可
  - maxSize：缓存总大小，超过这个设定值后，会清除一些缓存
- 典型代码如下：
```
private static final long DISK_CACHE_SIZE = 1024 * 1024 * 50; //50MB

File diskCacheDir = getDiskCacheDir(mContext,"bitmap");
if (!diskCacheDir.exists()) {
    distCacheDir.mkdirs();
}
mDiskLurCache = DiskLruCache.open(diskCacheDir, 1, 1, DISK_CACHE_SIZE);
```

DiskLruCache 的缓存添加

核心：通过 Editor 完成，Editor 表示一个缓存对象的编辑对象

步骤：

获取图片 url 对应的 key

public static String hashKeyFromUrl(String key) {
     String cacheKey;
     try {
         final MessageDigest mDigest = MessageDigest.getInstance("MD5");
         mDigest.update(key.getBytes());
         cacheKey = bytesToHexString(mDigest.digest());
     } catch (NoSuchAlgorithmException e) {
         cacheKey = String.valueOf(key.hashCode());
     }
     return cacheKey;
 }

 private static String bytesToHexString(byte[] bytes) {
     StringBuilder sb = new StringBuilder();
     for (int i = 0; i < bytes.length; i++) {
         String hex = Integer.toHexString(0xFF & bytes[i]);
         if (hex.length() == 1) {
             sb.append('0');
         }
         sb.append(hex);
     }
     return sb.toString();
 }

根据 key 通过 edit() 获取 Editor 对象，得到输出流，并再下载图片时通过该输出流写入到文件系统，最后通过 commit() 提交。
注意：此部分应当通过子线程执行，避免下载图片造成 ANR；

String key = Util.hashKeyFromUrl(url);
//得到DiskLruCache.Editor
DiskLruCache.Editor editor = diskLruCache.edit(key);
if (editor != null) {
    OutputStream outputStream = editor.newOutputStream(0);
    if (downloadUrlToStream(Util.IMG_URL, outputStream)) {
        publishProgress("");
        //写入缓存
        editor.commit();
    } else {
        //写入失败
        editor.abort();
    }
}

关于下载图片：

    private boolean downloadUrlToStream(String urlString, OutputStream outputStream) {
        HttpURLConnection urlConnection = null;
        BufferedOutputStream out = null;
        BufferedInputStream in = null;

        try {
            final URL url = new URL(urlString);
            urlConnection = (HttpURLConnection) url.openConnection();
            in = new BufferedInputStream(urlConnection.getInputStream(), IO_BUFFER_SIZE);
            out = new BufferedOutputStream(outputStream, IO_BUFFER_SIZE);
            int b;
            while ((b = in.read()) != -1) {
                out.write(b);
            }
            return true;
        } catch (Exception e) {
            Log.e(TAG, "Error in downloadBitmap - " + e);
        } finally {
            if (urlConnection != null) {
                urlConnection.disconnect();
            }
            try {
                if (out != null) {
                    out.close();
                }
                if (in != null) {
                    in.close();
                }
            } catch (final IOException e) {
            }
        }
        return false;
    }

DiskLruCache 的缓存查找

将 url 转换为 key，然后通过 DiskLruCache 的 get 方法得到一个 Snapshot 对象，接着通过 Snapshot.getInputStream() 即可得到缓存的文件输入流，进而得到缓存图片：

private Bitmap getCache() {
     try {
         String key = Util.hashKeyFromUrl(url);
         DiskLruCache.Snapshot snapshot = diskLruCache.get(key);
         if (snapshot != null) {
             InputStream in = snapshot.getInputStream(0);
             return BitmapFactory.decodeStream(in);
         }
     } catch (IOException e) {
         e.printStackTrace();
     }
     return null;
}

关于 FileInputStream 下的缩放

不适用 BitmapFactory.Options 缩放的方法：原因在于两次 decodeStream 调用影响了文件流的位置属性，导致第二次 decodeStream 得到 null。

解决方法：文件描述符

Bitmap bitmap = null;
String key = Util.hashKeyFromUrl(url);
DiskLruCache.Snapshot snapshot = diskLruCache.get(key);
if (snapshot != null) {
   FileInputStream in = (FileInputStream)snapshot.getInputStream(0);
   FileDescriptor fd = fildInputStream.getFD();
    bitmap = mImageResizer.decodeSampleBitmapFromFileDecriptor(fd,reqWidth,reqHeight);
    if(bitmap != null){
        addBitmapToMemoryCache(key, bitmap);
    }
}

2.3 ImageLoader 的实现

优秀的 ImageLoader 应当具备的功能：

图片的异步加载
图片的同步加载
图片压缩：降低 OOM
内存缓存：核心，提高效率并降低流量消耗
磁盘缓存：核心，提高效率并降低流量消耗
网络拉取：当两种缓存都不可用时，通过网络拉取图片

代码实现

图片压缩部分

public class ImageResizer {
    /**
     * 从资源文件中加载图片。
     * @param res
     * @param resId
     * @param reqWidth
     * @param reqHeight
     * @return
     */
    public static Bitmap decodeSampleBitmapFromResource(Resources res,int resId,int reqWidth,int reqHeight){
 
        BitmapFactory.Options options = new BitmapFactory.Options();
        //第一个options设置为true，去加载图片
        options.inJustDecodeBounds = true;
        BitmapFactory.decodeResource(res,resId,options);
        //计算采样率
        options.inSampleSize = calculateInSampleSize(options,reqWidth,reqHeight);
        options.inJustDecodeBounds = false;
        return BitmapFactory.decodeResource(res,resId,options);
    }
 
    /**
     * 从内存卡中加载图片
     * @param fd
     * @param reqWidth
     * @param reqHeight
     * @return
     */
    public static Bitmap decodeSampleBitmapFromFile(FileDescriptor fd,int reqWidth,int reqHeight){
        BitmapFactory.Options options = new BitmapFactory.Options();
        options.inJustDecodeBounds = true;
        BitmapFactory.decodeFileDescriptor(fd,null,options);
        options.inSampleSize = calculateInSampleSize(options,reqWidth,reqHeight);
        options.inJustDecodeBounds = false;
 
        return BitmapFactory.decodeFileDescriptor(fd,null,options);
    }
    /**
     *计算图片的采样率
     * 原理，如果设置的图片宽、高小于原图的宽、高。则inSampleSize呈2的指数缩小
     * @param options
     * @param reqWidth
     * @param reqHeight
     * @return
     */
 
    private static int calculateInSampleSize(BitmapFactory.Options options,int reqWidth,int reqHeight){
        if(reqHeight==0 || reqWidth ==0){
            return 1;
        }
        //默认的采样率
        int inSampleSize = 1;
        //获取原图的宽高
        int width = options.outWidth;
        int height = options.outHeight;
 
        if(width > reqWidth || height > reqHeight){
            int halfWidth = width / 2;
            int halfHeight = height / 2;
            while((halfHeight / inSampleSize) >= reqHeight
                    && (halfWidth / inSampleSize) >= reqWidth){
                inSampleSize *= 2;
            }
        }
        return inSampleSize;
    }
}

ImageLoader 部分

public class ImageLoader {
    private static final String TAG = "ImageLoader";
    public static final int MESSAGE_POST_RESULT = 1;

    //CPU 核心数
    private static final int CPU_COUNT = Runtime.getRuntime().availableProcessors();
    //CPU 核心线程数
    private static final int CORE_POOL_SIZE = CPU_COUNT + 1;
    private static final int MAXIMUM_POOL_SIZE = CPU_COUNT * 2 + 1;
    //线程超时时长
    private static final long KEEP_ALIVE = 10L;

    private static final int TAG_KEY_URI = R.id.imageloader_uri;
    private static final long DISK_CACHE_SIZE = 1024 * 1024 * 50;
    private static final int IO_BUFFER_SIZE = 8 * 1024;
    private static final int DISK_CACHE_INDEX = 0;
    private boolean mIsDiskLruCacheCreated = false;

    private static final ThreadFactory sThreadFactory = new ThreadFactory() {
        private final AtomicInteger mCount = new AtomicInteger(1);

        public Thread newThread(Runnable r) {
            return new Thread(r, "ImageLoader#" + mCount.getAndIncrement());
        }
    }

    public static final Executor THREAD_POOL_EXECUTOR = new ThreadPoolExecutor(
            CORE_POOL_SIZE, MAXIMUM_POOL_SIZE, KEEP_ALIVE, TimeUnit.SECONDS,
            new LinkedBlockingQueue<>(Runnable), sThreadFactory);

    private Handler mMainHandler = new Handler(Looper.getMainLooper()) {
        public void handleMessage(Message msg) {
            LoaderResult result = (LoaderResult) msg.obj;
            ImageView imageView = result.imageView;
            String uri = (String) imageView.getTag(TAG_KEY_URI);
            if (uri.equals(result.uri)) {
                imageView.setImageBitmap(result.bitmap);
            } else {
                Log.w(TAG, "set image bitmap,but url has changed,ignored!");
            }
        }
    };

    private Context mContext;
    private ImageResizer mImageResizer = new ImageResizer();
    private LruCache<String, Bitmap> mMemoryCache;
    private DiskLruCache mDiskLruCache;

    //无参构造方法，初始化 LruCache内存缓存 和 DiskLruCache磁盘缓存
    private ImageLoader(Context context) {
        mContext = context.getApplicationContext();
        int maxMemory = (int) (Runtime.getRuntime().maxMemory / 1024);
        int cacheSize = maxMemory / 8;
        mMemoryCache = new LruCache<String, Bitmap>(cacheSize) {
            protected int sizeOf(String key, Bitmap bitmap) {
                return bitmap.getRowBytes() * bitmap.getHeight() / 1024;
            }
        };
        File diskCacheDir = getDiskCacheDir(mContext, "bitmap");
        if (!diskCacheDir.exists()) {
            diskCacheDir.mkdirs();
        }
        if (getUsableSpace(diskCacheDir) > DISK_CACHE_SIZE) {
            try {
                mDiskLruCache = DiskLruCache.open(diskCacheDir, 1, 1, DISK_CACHE_SIZE);
                mIsDiskLruCacheCreated = true;
            } catch (IOException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
    //提供给外界的创建接口
    public static ImageLoader build(Context context) {
        return new ImageLoader(context);
    }

    //内存缓存 的 添加
    private void addBitmapToMemoryCache(String key, Bitmap bitmap) {
        if (getBitmapFromMemCache(key) == null) {
            mMemoryCache.put(key, bitmap);
        }
    }

    //内存缓存 的 获取
    private Bitmap getBitmapFromMemCache(String key) {
        return mMemoryCache.get(key);
    }

    public void bindBitmap(final String uri, final ImageView imageView) {
        bindBitmap(uri, imageView, 0, 0);
    }

    /**
     * load bitmap from memory cache or disk or network async,then bind imageview and bitmap
     * NOTE THAT: should run in UI thread
     * 异步加载接口
     */
    public void bindBitmap(final String uri, final ImageView imageView, final int reqWidth, final int reqHeight) {
        imageView.setTag(TAG_KEY_URI, uri);
        Bitmap bitmap = loadBitmapFromMemCache(uri);
        if (bitmap != null) {
            imageView.setImageBitmap(bitmap);
            return;
        }

        Runnable loadBitmapTask = new Runnable() {
            public void run() {
                Bitmap bitmap = loadBitmap(uri, reqWidth, reqHeight);
                if (bitmap != null) {
                    LoaderResult result = new LoaderResult(imageView, uri, bitmap);
                    mMainHandler.obtainMessage(MESSAGE_POST_RESULT, result).sendToTarget();
                }
            }
        }
        THREAD_POOL_EXECUTOR.execute(loadBitmapTask);
    }

    //同步加载接口
    public Bitmap loadBitmap(String uri, int reqWidth, int reqHeight) {
        Bitmap bitmap = loadBitmapFromMemCache(uri);
        if (bitmap != null) {
            Log.d(TAG, "loadBitmapFromMemCache,url:" + uri);
            return bitmap;
        }

        try {
            bitmap = loadBitmapFromDiskCache(uri, reqWidth, reqHeight);
            if (bitmap != null) {
                Log.d(TAG, "loadBitmapFromDiskCache,url:" + uri);
                return bitmap;
            }
            bitmap = loadBitmapFromHttp(uri, reqWidth, reqHeight);
            Log.d(TAG, "loadBitmapFromHttp,url:" + uri);
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        if (bitmap == null && !mIsDiskLruCacheCreated) {
            Log.w(TAG, "encounter error,DiskLruCache is not created.");
            bitmap = downloadBitmapFromUrl(uri);
        }
        return bitmap;
    }

    private Bitmap loadBitmapFromMemCache(String url) {
        final String key = hashKeyFromUrl(url);
        Bitmap bitmap = getBitmapFromMemCache(key);
        return bitmap;
    }

    //磁盘缓存 的 添加
    private Bitmap loadBitmapFromHttp(String url, int reqWidth, int reqHeight) throws IOException {
        if (Looper.myLooper() == Looper.getMainLooper()) {
            throw new RuntimeException("can not visit network from UI Thread.");
        }
        if (mDiskLruCache == null) {
            return null;
        }
        String key = hashKeyFromUrl(url);
        DiskLruCache.Editor editor = mDiskLruCache.edit(key);
        if (editor != null) {
            OutputStream outputStream = editor.newOutputStream(DISK_CACHE_INDEX);
            if (downloadUrlToStream(url, outputStream)) {
                editor.commit();
            } else {
                editor.abort();
            }
            mDiskLruCache.flush();
        }
        return loadBitmapFromDiskCache(url, reqWidth, reqHeight);
    }
    
    //磁盘缓存 的 读取，并 添加 到 内存缓存
    private Bitmap loadBitmapFromDiskCache(String url, int reqWidth, int reqHeight) {
        if (Looper.myLooper() == Looper.getMainLooper()) {
            Log.w(TAG, "load bitmap from UI Thread,it is not recommended!");
        }
        if (mDiskLruCache == null) {
            return null;
        }

        Bitmap bitmap = null;
        String key = hashKeyFromUrl(url);
        DiskLruCache.SnapShot snapShot = mDiskLruCache.get(key);
        if (snapShot != null) {
            FileInputStream fileInputStream = (FileInputStream) snapShot.getInputStream(DISK_CACHE_INDEX);
            FileDescriptor fileDescriptor = fileInputStream.getFD();
            bitmap = mImageResizer.decodeSampledBitmapFromFileDescriptor(fileDescriptor, reqWidth, reqHeight);
            if (bitmap != null) {
                addBitmapToMemoryCache(key, bitmap);
            }
        }
        return bitmap;
    }

    //将图片写入到本地文件中
    public boolean downloadUrlToStream(String urlString, OutputStream outputStream) {
        HttpURLConnection urlConnection = null;
        BufferedOutputStream out = null;
        BufferedInputStream in = null;
        try {
            final URL url = new URL(urlString);
            urlConnection = (HttpURLConnection) url.openConnection();
            in = new BufferedInputStream(urlConnection.getInputStream(), IO_BUFFER_SIZE);
            out = new BufferedOutputStream(outputStream, IO_BUFFER_SIZE);
            int b;
            while ((b = in.read()) != -1) {
                out.write(b);
            }
            return true;
        } catch (IOException e) {
            Log.e(TAG, "downloadBitmap failed." + e);
        } finally {
            if (urlConnection != null) {
                urlConnection.disconnect();
            }
            MyUtils.close(out);
            MyUtils.close(in);
        }
        return false;
    }

    //下载图片
    private Bitmap downloadBitmapFromUrl(String urlString) {
        Bitmap bitmap = null;
        HttpURLConnection urlConnection = null;
        BufferedInputStream in = null;
        try {
            final URL url = new URL(urlString);
            urlConnection = (HttpURLConnection) url.openConnection();
            in = new BufferedInputStream(urlConnection.getInputStream(), IO_BUFFER_SIZE);
            bitmap = BitmapFactory.decodeStream(in);
        } catch (IOException e) {
            Log.e(TAG, "Error in downloadBitmap:" + e);
        } finally {
            if (urlConnection != null) {
                urlConnection.disconnect();
            }
            MyUtils.close(in);
        }
        return bitmap;
    }

    //将 url 转换为 key
    private String hashKeyFromUrl(String url) {
        String cacheKey;
        try {
            final MessageDigest mDigest = MessageDigest.getInstance("MD5");
            mDigest.update(url.getBytes());
            cacheKey = bytesToHexString(mDigest.digest());
        } catch (NoSuchAlgorithmException e) {
            cacheKey = String.valueOf(url.hasCode());
        }
        return cacheKey;
    }

    private String bytesToHexString(byte[] bytes) {
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        for (int i = 0; i < bytes.length; i++) {
            String hex = Integer.toHexString(0xFF & byte[i]);
            if (hex.length() == 1) {
                sb.append('0');
            }
            sb.append(hex);
        }
        return sb.toString();
    }

    public File getDiskCacheDir(Context context, String uniqueName) {
        boolean externalStorageAvailable = Environment.getExternalStorageState().equals(Environment.MEDIA_MOUNTED);
        final String cachePath;
        if (externalStorageAvailable) {
            cachePath = context.getExternalCacheDir().getPath();
        } else {
            cachePath = context.getCacheDir().getPath();
        }
        return new File(cachePath + File.separator + uniqueName);
    }

    private long getUsableSpace(File path) {
        if (Build.VERSION.SDK_INT >= VERSION_CODES.GINGERBREAD) {
            return path.getUsableSpace();
        }
        final StatFs stats = new StatFs(path.getPath());
        return (long) stats.getBloackSize() * (long) stats.getAvailableBlocks();
    }

    private static class LoaderResult {
        public ImageView imageView;
        public String uri;
        public Bitmap bitmap;

        public LoaderResult(ImageView imageView, String uri, Bitmap bitmap) {
            this.imageView = imageView;
            this.uri = uri;
            this.bitmap = bitmap;
        }
    }
}

3. ImageLoader 的使用

3.1 照片墙效果

想要实现宽高相等的 ImageView 时，自定义一个 ImageView 子类，并在 onMeasure 方法中将 heightMeasureSpec 替换为 widthMeasureSpec 即可。这样做省时省力
```
@Override
protected void onMeasure(int widthMeasureSpec,int heightMeasureSpec){
  super.onMeasure(widthMeasureSpec,widthMeasureSpec);
}
```
具体实现：
- ImageAdapter 的 getView 方法中，通过 ImageLoader.bindBitmap() 方法将图片加载过程交给 ImageLoader

3.2 优化列表的卡顿现象

一些建议

不要再 getView 中执行耗时操作，比如直接加载图片
控制异步任务的执行频率；如果用户可以频繁上下滑动，会在一瞬间产生大量异步任务，会造成线程池的拥堵并带来大量的 UI 更新操作。应当考虑在滑动时停止加载，列表停下来之后再加载图片。
开启硬件加速，通过设置 android:hardwareAccelerated="true"

大概就这么多吧。

本章结束。

Android 开发艺术探索笔记之十二 -- Bitmap 的加

1. Bitmap 的高效加载

2. Android 中的缓存策略

2.1 LruCache

2.2 DiskLruCache

2.3 ImageLoader 的实现

3. ImageLoader 的使用

3.1 照片墙效果

3.2 优化列表的卡顿现象

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