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缓存

设计一个移动应用的本地缓存机制

逗比程序员逗比程序员 • 5年前
设计一个移动应用的本地缓存机制

    在手机应用程序开发中,为了减少与服务端的交互次数,加快用户的响应速度,一般都会在iOS设备中加一个缓存的机制,前面一篇文章介绍了iOS设备的内存缓存,这篇文章将设计一个本地缓存的机制。

功能需求

这个缓存机制满足下面这些功能。

1、可以将数据缓存到本地磁盘。

2、可以判断一个资源是否已经被缓存。如果已经被缓存,在请求相同的资源,先到本地磁盘搜索。

3、可以判断文件缓存什么时候过期。这里为了简单起见这里,我们在请求url资源的时候,给每次请求的文件设定一个过期的时间。

4、可以实现:如果文件已经被缓存,而且没有过期,这将本地的数据返回,否则重新请求url。

5、可以实现:如果文件下载不成功或者下载没有完成,下次打开程序的时候,移除这些没有成功或者没有下载完成的文件。

6、可以实现:同时请求或者下载多个资源。

设计实现:

1、设计一个CacheItem类,用来请求一个web连接,它的一个实例表示一个缓存项。这个CacheItem类,需要一个url创建一个NSURLConnection,去请求web资源。使用CacheItem类主要用来请求web资源。

/* ---------缓存项-------------- */

@interface CacheItem : NSObject {
@public
id<CacheItemDelegate> delegate;
//web地址
NSString *remoteURL;
@private
//是否正在下载
BOOL isDownloading;
//NSMutableData对象
NSMutableData *connectionData;
//NSURLConnection对象
NSURLConnection *connection;
}

/* -------------------------- */

@property (nonatomic, retain)
id<CacheItemDelegate> delegate;
@property (nonatomic, retain) NSString
*remoteURL;
@property (nonatomic, assign) BOOL isDownloading;
@property (nonatomic, retain) NSMutableData
*connectionData;
@property (nonatomic, retain) NSURLConnection
*connection;

/* ----------开始下载方法----------- */

- (BOOL) startDownloadingURL:(NSString *)paramRemoteURL;

@end

2、在NSURLConnection开始请求之前,调用CachedDownloadManager类,来搜索和管理本地的缓存文件。将缓存文件的情况保存到一个字典类中。这个字典设计如下:

{
"http://www.cnn.com" = {
DownloadEndDate = "2011-08-02 07:51:57 +0100";
DownloadStartDate = "2011-08-02 07:51:55 +0100";
ExpiresInSeconds = 20;
ExpiryDate = "2011-08-02 07:52:17 +0100";
LocalURL = "/var/mobile/Applications/ApplicationID/Documents/
httpwww.cnn.com.cache";
};
"http://www.baidu.com" = {
DownloadEndDate = "2011-08-02 07:51:49 +0100";
DownloadStartDate = "2011-08-02 07:51:44 +0100";
ExpiresInSeconds = 20;
ExpiryDate = "2011-08-02 07:52:09 +0100";
LocalURL = "/var/mobile/Applications/ApplicationID/Documents/
httpwww.oreilly.com.cache";
};
}

   上面这个字典里面嵌套了字典。里面那层字典表示一个缓存项的缓存信息:下载结束时间、下载开始时间、缓存有效时间、缓存过期时间、缓存到本地的路径。

   下面看下CachedDownloadManager类。用它来实现和封装我们的缓存策略。 

/* -----------CachedDownloadManager-------------- */

@interface CachedDownloadManager : NSObject
<CacheItemDelegate> {
@public
id<CachedDownloadManagerDelegate> delegate;
@private
//记录缓存数据的字典
NSMutableDictionary *cacheDictionary;
//缓存的路径
NSString *cacheDictionaryPath;
}


@property (nonatomic, assign)
id<CachedDownloadManagerDelegate> delegate;

@property (nonatomic, copy)
NSMutableDictionary
*cacheDictionary;

@property (nonatomic, retain)
NSString
*cacheDictionaryPath;


/* 保持缓存字典 */

- (BOOL) saveCacheDictionary;

/* 公有方法:下载 */

- (BOOL) download:(NSString *)paramURLAsString
urlMustExpireInSeconds:(NSTimeInterval)paramURLMustExpireInSeconds
updateExpiryDateIfInCache:(BOOL)paramUpdateExpiryDateIfInCache;

/* -------------------------- */

@end

从上面代码可以看出,这个管理缓存的类中,有一个缓存字典:cacheDictionary,用来表示所有资源的缓存情况;cacheDictionaryPath用来表示缓存的路径;saveCacheDictionary用来将缓存字典归档到本地文件中。download:urlMustExpireInSeconds:updateExpiryDateIfInCache是一个公共接口,通过传递url、缓存过期时间、是否更新缓存过期时间三个参数来方便的使用,实现我们的缓存策略。

3、如果这个文件已经被下载,而且没有过期,则从本地获取文件的数据。如果文件已经过期,则重新下载。我们通过download:urlMustExpireInSeconds:updateExpiryDateIfInCache方法来实现,主要看这个方法的代码:

- (BOOL)         download:(NSString *)paramURLAsString
urlMustExpireInSeconds:(NSTimeInterval)paramURLMustExpireInSeconds
updateExpiryDateIfInCache:(BOOL)paramUpdateExpiryDateIfInCache{

BOOL result
= NO;

if (self.cacheDictionary == nil ||
[paramURLAsString length]
== 0){
return(NO);
}

paramURLAsString
= [paramURLAsString lowercaseString];
//根据url,从字典中获取缓存项的相关数据
NSMutableDictionary *itemDictionary =
[self.cacheDictionary objectForKey:paramURLAsString];

/* 使用下面这些变量帮助我们理解缓存逻辑 */
//文件是否已经被缓存
BOOL fileHasBeenCached = NO;
//缓存是否过期
BOOL cachedFileHasExpired = NO;
//缓存文件是否存在
BOOL cachedFileExists = NO;
//缓存文件能否被加载
BOOL cachedFileDataCanBeLoaded = NO;
//缓存文件数据
NSData *cachedFileData = nil;
//缓存文件是否完全下载
BOOL cachedFileIsFullyDownloaded = NO;
//缓存文件是否已经下载
BOOL cachedFileIsBeingDownloaded = NO;
//过期时间
NSDate *expiryDate = nil;
//下载结束时间
NSDate *downloadEndDate = nil;
//下载开始时间
NSDate *downloadStartDate = nil;
//本地缓存路径
NSString *localURL = nil;
//有效时间
NSNumber *expiresInSeconds = nil;
NSDate
*now = [NSDate date];

if (itemDictionary != nil){
fileHasBeenCached
= YES;
}
//如果文件已经被缓存,则从缓存项相关数据中获取相关的值
if (fileHasBeenCached == YES){

expiryDate
= [itemDictionary
objectForKey:CachedKeyExpiryDate];

downloadEndDate
= [itemDictionary
objectForKey:CachedKeyDownloadEndDate];

downloadStartDate
= [itemDictionary
objectForKey:CachedKeyDownloadStartDate];

localURL
= [itemDictionary
objectForKey:CachedKeyLocalURL];

expiresInSeconds
= [itemDictionary
objectForKey:CachedKeyExpiresInSeconds];
//如果下载开始和结束时间不为空,表示文件全部被下载
if (downloadEndDate != nil &&
downloadStartDate
!= nil){
cachedFileIsFullyDownloaded
= YES;
}

/* 如果expiresInSeconds不为空,downloadEndDate为空,表示文件已经正在下载 */
if (expiresInSeconds != nil &&
downloadEndDate
== nil){
cachedFileIsBeingDownloaded
= YES;
}

/* 判断缓存是否过期 */
if (expiryDate != nil &&
[now timeIntervalSinceDate:expiryDate]
> 0.0){
cachedFileHasExpired
= YES;
}

if (cachedFileHasExpired == NO){
/* 如果缓存文件没有过期,加载缓存文件,并且更新过期时间 */
NSFileManager
*fileManager = [[NSFileManager alloc] init];

if ([fileManager fileExistsAtPath:localURL] == YES){
cachedFileExists
= YES;
cachedFileData
= [NSData dataWithContentsOfFile:localURL];
if (cachedFileData != nil){
cachedFileDataCanBeLoaded
= YES;
}
/* if (cachedFileData != nil){ */
}
/* if ([fileManager fileExistsAtPath:localURL] == YES){ */

[fileManager release];

/* 更新缓存时间 */

if (paramUpdateExpiryDateIfInCache == YES){

NSDate
*newExpiryDate =
[NSDate dateWithTimeIntervalSinceNow:
paramURLMustExpireInSeconds];

NSLog(
@"Updating the expiry date from %@ to %@.",
expiryDate,
newExpiryDate);

[itemDictionary setObject:newExpiryDate
forKey:CachedKeyExpiryDate];

NSNumber
*expires =
[NSNumber numberWithFloat:paramURLMustExpireInSeconds];

[itemDictionary setObject:expires
forKey:CachedKeyExpiresInSeconds];
}

}
/* if (cachedFileHasExpired == NO){ */

}

if (cachedFileIsBeingDownloaded == YES){
NSLog(
@"这个文件已经正在下载...");
return(YES);
}

if (fileHasBeenCached == YES){

if (cachedFileHasExpired == NO &&
cachedFileExists
== YES &&
cachedFileDataCanBeLoaded
== YES &&
[cachedFileData length]
> 0 &&
cachedFileIsFullyDownloaded
== YES){

/* 如果文件有缓存而且没有过期 */

NSLog(
@"文件有缓存而且没有过期.");

[self.
delegate
cachedDownloadManagerSucceeded:self
remoteURL:[NSURL URLWithString:paramURLAsString]
localURL:[NSURL URLWithString:localURL]
aboutToBeReleasedData:cachedFileData
isCachedData:YES];

return(YES);

}
else {
/* 如果文件没有被缓存,获取缓存失败 */
NSLog(
@"文件没有缓存.");
[self.cacheDictionary removeObjectForKey:paramURLAsString];
[self saveCacheDictionary];
}
/* if (cachedFileHasExpired == NO && */

}
/* if (fileHasBeenCached == YES){ */

/* 去下载文件 */

4、下面我们设计缓存项下载成功和失败的两个委托方法:

@protocol CacheItemDelegate <NSObject>
//下载成功执行该方法
- (void) cacheItemDelegateSucceeded
:(CacheItem
*)paramSender
withRemoteURL:(NSURL
*)paramRemoteURL
withAboutToBeReleasedData:(NSData
*)paramAboutToBeReleasedData;

//下载失败执行该方法
- (void) cacheItemDelegateFailed
:(CacheItem
*)paramSender
remoteURL:(NSURL
*)paramRemoteURL
withError:(NSError
*)paramError;

@end

   当我们下载成功的时候,修改缓存字典中的下载时间,表示已经下载完成,而且需要将请求的资源数据缓存到本地:

//缓存项的委托方法
- (void) cacheItemDelegateSucceeded:(CacheItem *)paramSender
withRemoteURL:(NSURL
*)paramRemoteURL
withAboutToBeReleasedData:(NSData
*)paramAboutToBeReleasedData{

//从缓存字典中获取该缓存项的相关数据
NSMutableDictionary *dictionary =
[self.cacheDictionary objectForKey:[paramRemoteURL absoluteString]];
//取当前时间
NSDate *now = [NSDate date];
//获取有效时间
NSNumber *expiresInSeconds = [dictionary
objectForKey:CachedKeyExpiresInSeconds];
//转换成NSTimeInterval
NSTimeInterval expirySeconds = [expiresInSeconds floatValue];
//修改字典中缓存项的下载结束时间
[dictionary setObject:[NSDate date]
forKey:CachedKeyDownloadEndDate];
//修改字典中缓存项的缓存过期时间
[dictionary setObject:[now dateByAddingTimeInterval:expirySeconds]
forKey:CachedKeyExpiryDate];
//保存缓存字典
[self saveCacheDictionary];

NSString
*localURL = [dictionary objectForKey:CachedKeyLocalURL];

/* 将下载的数据保持到磁盘 */
if ([paramAboutToBeReleasedData writeToFile:localURL
atomically:YES]
== YES){
NSLog(
@"缓存文件到磁盘成功.");
}
else{
NSLog(
@"缓存文件到磁盘失败.");
}
//执行缓存管理的委托方法
[self.delegate
cachedDownloadManagerSucceeded:self
remoteURL:paramRemoteURL
localURL:[NSURL URLWithString:localURL]
aboutToBeReleasedData:paramAboutToBeReleasedData
isCachedData:NO];


}

   如果下载失败我们需要从缓存字典中移除改缓存项:

//缓存项失败失败的委托方法
- (void) cacheItemDelegateFailed:(CacheItem *)paramSender
remoteURL:(NSURL
*)paramRemoteURL
withError:(NSError
*)paramError{

/* 从缓存字典中移除缓存项,并发送一个委托 */

if (self.delegate != nil){

NSMutableDictionary
*dictionary =
[self.cacheDictionary
objectForKey:[paramRemoteURL absoluteString]];

NSString
*localURL = [dictionary
objectForKey:CachedKeyLocalURL];

[self.
delegate
cachedDownloadManagerFailed:self
remoteURL:paramRemoteURL
localURL:[NSURL URLWithString:localURL]
withError:paramError];
}

[self.cacheDictionary
removeObjectForKey:[paramRemoteURL absoluteString]];

}

5、加载缓存字典的时候,我们可以将没有下载完成的文件移除:

    NSString *documentsDirectory = 
[self documentsDirectoryWithTrailingSlash:YES];
//生产缓存字典的路径
cacheDictionaryPath =
[[documentsDirectory
stringByAppendingString:
@"CachedDownloads.dic"] retain];
//创建一个NSFileManager实例
NSFileManager *fileManager = [[NSFileManager alloc] init];
//判断是否存在缓存字典的数据
if ([fileManager
fileExistsAtPath:self.cacheDictionaryPath]
== YES){
NSLog(self.cacheDictionaryPath);
//加载缓存字典中的数据
NSMutableDictionary *dictionary =
[[NSMutableDictionary alloc]
initWithContentsOfFile:self.cacheDictionaryPath];

cacheDictionary
= [dictionary mutableCopy];

[dictionary release];

//移除没有下载完成的缓存数据
[self removeCorruptedCachedItems];

}
else {
//创建一个新的缓存字典
NSMutableDictionary *dictionary =
[[NSMutableDictionary alloc] init];

cacheDictionary
= [dictionary mutableCopy];

[dictionary release];

}

[fileManager release];

这样就基本上完成了我们需要的功能,下面看看我们如何使用我们设计的缓存功能。

例子场景:

    我们用一个UIWebView来显示stackoverflow这个网站,我们在这个网站的内容缓存到本地20秒,如果在20秒内用户去请求该网站,则从本地文件中获取内容,否则过了20秒,则重新获取数据,并缓存到本地。

    在界面上拖放一个button和一个webview控件,如下图。

    这样我们可以很方便使用前面定义好的类。我们在viewDidLoad 中实例化一个CachedDownloadManager,并设置它的委托为self。当下载完成的时候,执行CachedDownloadManager的下载成功的委托方法。

- (void)viewDidLoad {
[super viewDidLoad];
[self setTitle:
@"本地缓存测试"];
CachedDownloadManager
*newManager = [[CachedDownloadManager alloc] init];
self.downloadManager
= newManager;
[newManager release];
[self.downloadManager setDelegate:self];


}

在button的点击事件中加入下面代码,请求stackoverflow :

  static NSString *url = @"http://stackoverflow.com";

[self.downloadManager download:url
urlMustExpireInSeconds:
20.0f
updateExpiryDateIfInCache:YES];

    上面的代码表示将这个stackoverflow的缓存事件设置为20s,并且如果在20s内有相同的请求,则从本地获取stackoverflow的内容数据。updateExpiryDateIfInCache设置为yes表示:在此请求的时候,缓存时间又更新为20s,类似我们的session。如果设置成no,则第一次请求20s之后,该缓存就过期。

    请求完成之后会执行CachedDownloadManager的委托方法。我们将数据展示在uiwebview中,代码如下:

- (void) cachedDownloadManagerSucceeded:(CachedDownloadManager *)paramSender
remoteURL:(NSURL
*)paramRemoteURL
localURL:(NSURL
*)paramLocalURL
aboutToBeReleasedData:(NSData
*)paramAboutToBeReleasedData
isCachedData:(BOOL)paramIsCachedData{

[webview loadData:paramAboutToBeReleasedData MIMEType:
@"text/html" textEncodingName:@"UTF-8" baseURL:[NSURL URLWithString:@"http://stackoverflow.com"]];
}

这样我们就实现了20s的缓存。

效果:

第一次点击测试按钮:

20s内点击按钮,程序就从本地获取数据,比较快速的就显示出该网页了。

总结:

    本文通过代码和实例设计了一个iPhone应用程序本地缓存的方案。当然这个方案不是最好的,如果你有更好的思路,欢迎告诉我。

 

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