iOS应用的本地缓存机制设计

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参考：http://www.cnblogs.com/pengyingh/archive/2012/02/18/2356833.html#2639241

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";   

  };   

}

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 

{ 

@public

id delegate; 

@private

//记录缓存数据的字典 

NSMutableDictionary *cacheDictionary; 

//缓存的路径 

NSString *cacheDictionaryPath; 

} 

@property (nonatomic, assign) 

id 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：

  1 /* ---------下载-------------- */
  2   
  3 - (BOOL) download:(NSString *)paramURLAsString
  4   
  5 urlMustExpireInSeconds:(NSTimeInterval)paramURLMustExpireInSeconds
  6   
  7 updateExpiryDateIfInCache:(BOOL)paramUpdateExpiryDateIfInCache{
  8   
  9     BOOL result = NO;
 10   
 11     if (self.cacheDictionary == nil ||[paramURLAsString length] == 0)

       {
 14   
 15         return(NO);
 16   
 17    }
 18   
 19     paramURLAsString = [paramURLAsString lowercaseString];
 20   
 21 //根据url，从字典中获取缓存项的相关数据
 22   
 23     NSMutableDictionary *itemDictionary =
 24   
 25 [self.cacheDictionary objectForKey:paramURLAsString];
 26   
 27 /* 使用下面这些变量帮助我们理解缓存逻辑 */
 28   
 29 //文件是否已经被缓存
 30   
 31     BOOL fileHasBeenCached = NO;
 32   
 33 //缓存是否过期
 34   
 35     BOOL cachedFileHasExpired = NO;
 36   
 37 //缓存文件是否存在
 38   
 39     BOOL cachedFileExists = NO;
 40   
 41 //缓存文件能否被加载
 42   
 43     BOOL cachedFileDataCanBeLoaded = NO;
 44   
 45 //缓存文件数据
 46   
 47     NSData *cachedFileData = nil;
 48   
 49 //缓存文件是否完全下载
 50   
 51     BOOL cachedFileIsFullyDownloaded = NO;
 52   
 53 //缓存文件是否已经下载
 54   
 55     BOOL cachedFileIsBeingDownloaded = NO;
 56   
 57 //过期时间
 58   
 59     NSDate *expiryDate = nil;
 60   
 61 //下载结束时间
 62   
 63     NSDate *downloadEndDate = nil;
 64   
 65 //下载开始时间
 66   
 67     NSDate *downloadStartDate = nil;
 68   
 69 //本地缓存路径
 70   
 71     NSString *localURL = nil;
 72   
 73 //有效时间
 74   
 75     NSNumber *expiresInSeconds = nil;
 76   
 77     NSDate *now = [NSDate date];
 78   
 79     if (itemDictionary != nil){
 80   
 81         fileHasBeenCached = YES;
 82   
 83     }
 84   
 85 //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
 86   
 87     if (fileHasBeenCached == YES)

        {
 88   
 89         expiryDate = [itemDictionary objectForKey:CachedKeyExpiryDate];
 92   
 93         downloadEndDate = [itemDictionary objectForKey:CachedKeyDownloadEndDate];
 96   
 97         downloadStartDate = [itemDictionary objectForKey:CachedKeyDownloadStartDate];
100   
101         localURL = [itemDictionary objectForKey:CachedKeyLocalURL];
104   
105         expiresInSeconds = [itemDictionary objectForKey:CachedKeyExpiresInSeconds];
108   
109 //如果下载开始和结束时间不为空，表示文件全部被下载
110   
111 if (downloadEndDate != nil &&  downloadStartDate != nil)

    {
114   
115      cachedFileIsFullyDownloaded = YES;
116   
117 }
118   
119 /* 如果expiresInSeconds不为空，downloadEndDate为空，表示文件已经正在下载 */
120   
121 if (expiresInSeconds != nil && downloadEndDate == nil)

    {
124   
125      cachedFileIsBeingDownloaded = YES;
126   
127 }
128   
129 /* 判断缓存是否过期 */
130   
131 if (expiryDate != nil && [now timeIntervalSinceDate:expiryDate] > 0.0)

    {
134   
135       cachedFileHasExpired = YES;
136   
137 }

139 if (cachedFileHasExpired == NO)

    {   
141 /* 如果缓存文件没有过期，加载缓存文件，并且更新过期时间 */
142   
143    NSFileManager *fileManager = [[NSFileManager alloc] init];
144   
145    if ([fileManager fileExistsAtPath:localURL] == YES)

       {
146        cachedFileExists = YES;
148   
149        cachedFileData = [NSData dataWithContentsOfFile:localURL];
150   
151        if (cachedFileData != nil)

           {
153             cachedFileDataCanBeLoaded = YES;
154   
155        } /* if (cachedFileData != nil){ */
156   
157    } /* if ([fileManager fileExistsAtPath:localURL] == YES){ */
158   
159    [fileManager release];
160   
161 /* 更新缓存时间 */
162   
163 if (paramUpdateExpiryDateIfInCache == YES)

    {
164   
165     NSDate *newExpiryDate =
166   
167     [NSDate dateWithTimeIntervalSinceNow:
168   
169     paramURLMustExpireInSeconds];
170   
171     NSLog(@"Updating the expiry date from %@ to %@.",
172   
173 expiryDate, newExpiryDate);
176   
177     [itemDictionary setObject:newExpiryDate forKey:CachedKeyExpiryDate];
180   
181     NSNumber *expires =[NSNumber numberWithFloat:paramURLMustExpireInSeconds];
184   
185     [itemDictionary setObject:expires forKey:CachedKeyExpiresInSeconds];
188   
189 }
190   
191 } /* if (cachedFileHasExpired == NO){ */
192   
193 }
194   
195 if (cachedFileIsBeingDownloaded == YES)

    {
196   
197     NSLog(@"这个文件已经正在下载...");
198   
199     return(YES);
200   
201 }
202   
203 if (fileHasBeenCached == YES){
204   
205     if (cachedFileHasExpired == NO && cachedFileExists == YES &&
208   
209 cachedFileDataCanBeLoaded == YES && [cachedFileData length] > 0 &&
212   
213 cachedFileIsFullyDownloaded == YES)

        {
214   
215 /* 如果文件有缓存而且没有过期 */
216   
217           NSLog(@"文件有缓存而且没有过期.");
218   
219           [self.delegate cachedDownloadManagerSucceeded:self
222   
223 remoteURL:[NSURL URLWithString:paramURLAsString]
224   
225 localURL:[NSURL URLWithString:localURL]
226   
227 aboutToBeReleasedData:cachedFileData isCachedData:YES];
230   
231          return(YES);
232   
233 } else {
234   
235 /* 如果文件没有被缓存，获取缓存失败 */
236   
237       NSLog(@"文件没有缓存.");
238   
239       [self.cacheDictionary removeObjectForKey:paramURLAsString];
240   
241       [self saveCacheDictionary];
242   
243 } /* if (cachedFileHasExpired == NO && */
244   
245 } /* if (fileHasBeenCached == YES){ */
246   
247 /* 去下载文件 */
248   
249 NSNumber *expires =  [NSNumber numberWithFloat:paramURLMustExpireInSeconds];
252   
253 NSMutableDictionary *newDictionary = [[[NSMutableDictionary alloc] init] autorelease];
256   
257 [newDictionary setObject:expires forKey:CachedKeyExpiresInSeconds];
260   
261 localURL = [paramURLAsString stringByAddingPercentEscapesUsingEncoding:NSUTF8StringEncoding];
266   
267 localURL = [localURL stringByReplacingOccurrencesOfString:@"://" withString:@""];
270   
271 localURL = [localURL stringByReplacingOccurrencesOfString:@"/" withString:@"{1}quot;];
274   
275 localURL = [localURL stringByAppendingPathExtension:@"cache"];
276   
277 NSString *documentsDirectory =
278   
279 [self documentsDirectoryWithTrailingSlash:NO];
280   
281 localURL = [documentsDirectory stringByAppendingPathComponent:localURL];
284   
285 [newDictionary setObject:localURL forKey:CachedKeyLocalURL];
288   
289 [newDictionary setObject:now forKey:CachedKeyDownloadStartDate];
292   
293 [self.cacheDictionary setObject:newDictionary forKey:paramURLAsString];
296   
297 [self saveCacheDictionary];
298   
299 CacheItem *item = [[[CacheItem alloc] init] autorelease];
300   
301 [item setDelegate:self];
302   
303 [item startDownloadingURL:paramURLAsString];
304   
305 return(result);
306   
307 }

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：

//初始化缓存字典 

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]; 

}

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。

- (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:20.0fupdateExpiryDateIfInCache: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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2013-05-06 16:18
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