Android開發之圖片處理專題（一）：利用軟引用構建圖片快取

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在Android開發中，圖片處理是一個痛點。對於大量的圖片處理，一不小心就會出現OOM的錯誤。那麼，構建緩衝，就是非常必要的一個手段。利用軟引用構建緩衝，只是其中步驟之一，我們來看看一般情況下，圖篇處理的流程。

一般而言，圖片的處理流程大致如上，之前所說的Xutils的原理，也如此。今天，我們就先講講如何利用軟引用技術來構建快取。

一、對象的四種引用在JDK 1.2以前的版本中，若一個對象不被任何變數引用，那麼程式就無法再使用這個對象。也就是說，只有對象處於可觸及（reachable）狀態，程式才能使用它。從JDK 1.2版本開始，把對象的引用分為4種層級，從而使程式能更加靈活地控制對象的生命週期。這4種層級由高到低依次為：強引用、軟引用、弱引用和虛引用。

1、對象強引用（StrongReference）強引用是使用最普遍的引用。如果一個對象具有強引用，那記憶體回收行程絕不會回收它。當記憶體空間不足，Java虛擬機器寧願拋出OutOfMemoryError錯誤，使程式異常終止，也不會靠隨意回收具有強引用的對象來解決記憶體不足的問題。
2、對象軟引用（SoftReference）如果一個對象只具有軟引用，則記憶體空間足夠，記憶體回收行程就不會回收它；如果記憶體空間不足了，就會回收這些對象的記憶體。只要記憶體回收行程沒有回收它，該對象就可以被程式使用。軟引用可用來實現記憶體敏感的快取（下文給出樣本）。
軟引用可以和一個引用隊列（ReferenceQueue）聯合使用，如果軟引用所引用的對象被記憶體回收行程回收，Java虛擬機器就會把這個軟引用加入到與之關聯的引用隊列中。
3、對象弱引用（WeakReference）弱引用與軟引用的區別在於：只具有弱引用的對象擁有更短暫的生命週期。在記憶體回收行程線程掃描它所管轄的記憶體地區的過程中，一旦發現了只具有弱引用的對象，不管當前記憶體空間足夠與否，都會回收它的記憶體。不過，由於記憶體回收行程是一個優先順序很低的線程，因此不一定會很快發現那些只具有弱引用的對象。弱引用可以和一個引用隊列（ReferenceQueue）聯合使用，如果弱引用所引用的對象被記憶體回收，Java虛擬機器就會把這個弱引用加入到與之關聯的引用隊列中。
4、虛引用（PhantomReference）“虛引用”顧名思義，就是形同虛設，與其他幾種引用都不同，虛引用並不會決定對象的生命週期。如果一個對象僅持有虛引用，那麼它就和沒有任何引用一樣，在任何時候都可能被記憶體回收行程回收。
虛引用主要用來跟蹤對象被記憶體回收行程回收的活動。虛引用與軟引用和弱引用的一個區別在於：虛引用必須和引用隊列 （ReferenceQueue）聯合使用。當記憶體回收行程準備回收一個對象時，如果發現它還有虛引用，就會在回收對象的記憶體之前，把這個虛引用加入到與之 關聯的引用隊列中。
ReferenceQueue queue = new ReferenceQueue (); 
PhantomReference pr = new PhantomReference (object, queue); 
程式可以通過判斷引用隊列中是否已經加入了虛引用，來瞭解被引用的對象是否將要被記憶體回收。如果程式發現某個虛引用已經被加入到引用隊列，那麼就可以在所引用的對象的記憶體被回收之前採取必要的行動。
二、軟引用的使用1、為什麼要使用軟引用
瞭解了四種引用之後，我們來說說為什麼要使用軟引用。以圖片對象bitmap為例。首先，我們將使用一個ListView查看一些列的圖片。作為一個使用者，我們完全需要來回的上下滾動查看不同的圖片。這時我們通常會有兩種程式實現方式:一種是把過去查看過的圖片對象儲存在記憶體中，每一個儲存了圖片資訊的Java對象的生命週期貫穿整個應用程式始終;另一種是當使用者開始查看其他圖片資訊的時候，把儲存了當前圖片資訊的Java對象結束引用，使得垃圾收集線程可以回收其所佔用的記憶體空間，當使用者再次需要瀏覽該圖片資訊的時候，重新構建該圖片的資訊。很顯然，第一種實現方法將造成大量的記憶體浪費，而第二種實現的缺陷在於即使垃圾收集線程還沒有進行垃圾收集，包含圖片資訊的對象仍然完好地儲存在記憶體中，應用程式也要重新構建一個對象。我們知道，訪問磁碟檔案、訪問網路資源、查詢資料庫等操作都是影響應用程式執行效能的重要因素，如果能重新擷取那些尚未被回收的Java對象的引用，必將減少不必要的訪問，大大提高程式的運行速度。而這個時候，就用到了軟引用技術。
2、如何使用軟引用SoftReference的特點是它的一個執行個體儲存對一個Java對象的軟引用，該軟引用的存在不妨礙垃圾收集線程對該Java對象的回收。也就是說，一旦SoftReference儲存了對一個Java對象的軟引用後，在垃圾線程對這個Java對象回收前，SoftReference類所提供的get()方法返回Java對象的強引用。另外，一旦垃圾線程回收該Java對象之後，get()方法將返回null。
看下面代碼:
MyObject aRef = new  MyObject(); 
SoftReference aSoftRef=new SoftReference(aRef); 此時，對於這個MyObject對象，有兩個引用路徑，一個是來自SoftReference對象的軟引用，一個來自變數aReference的強引用，所以這個MyObject對象是強可及對象。
隨即，我們可以結束aReference對這個MyObject執行個體的強引用:aRef = null; 
此後，這個MyObject對象成為了軟可及對象。如果垃圾收集線程進行記憶體垃圾收集，並不會因為有一個SoftReference對該對象的引用而始終保留該對象。Java虛擬機器的垃圾收集線程對軟可及對象和其他一般Java對象進行了區別對待:軟可及對象的清理是由垃圾收集線程根據其特定演算法按照記憶體需求決定的。也就是說，垃圾收集線程會在虛擬機器拋出OutOfMemoryError之前回收軟可及對象，而且虛擬機器會儘可能優先回收長時間閑置不用的軟可及對象，對那些剛剛構建的或剛剛使用過的“新”軟可反對象會被虛擬機器儘可能保留。在回收這些對象之前，我們可以通過:MyObject anotherRef=(MyObject)aSoftRef.get(); 重新獲得對該執行個體的強引用。而回收之後，調用get()方法就只能得到null了。
3、使用ReferenceQueue清除失去了軟引用對象的SoftReference

作為一個Java對象，SoftReference對象除了具有儲存軟引用的特殊性之外，也具有Java對象的一般性。所以，當軟可及對象被回收之後，雖然這個SoftReference對象的get()方法返回null,但這個SoftReference對象已經不再具有存在的價值，需要一個適當的清除機制，避免大量SoftReference對象帶來的記憶體流失。在java.lang.ref包裡還提供了ReferenceQueue。如果在建立SoftReference對象的時候，使用了一個ReferenceQueue對象作為參數提供給SoftReference的構造方法，如:
ReferenceQueue queue = new  ReferenceQueue(); 
SoftReference  ref=new  SoftReference(aMyObject, queue); 
那麼當這個SoftReference所軟引用的aMyOhject被垃圾收集器回收的同時，ref所強引用的SoftReference對象被列入ReferenceQueue。也就是說，ReferenceQueue中儲存的對象是Reference對象，而且是已經失去了它所軟引用的對象的Reference對象。另外從ReferenceQueue這個名字也可以看出，它是一個隊列，當我們調用它的poll()方法的時候，如果這個隊列中不是空隊列，那麼將返回隊列前面的那個Reference對象。
在任何時候，我們都可以調用ReferenceQueue的poll()方法來檢查是否有它所關心的非強可及對象被回收。如果隊列為空白，將返回一個null,否則該方法返回隊列中前面的一個Reference對象。利用這個方法，我們可以檢查哪個SoftReference所軟引用的對象已經被回收。於是我們可以把這些失去所軟引用的對象的SoftReference對象清除掉。常用的方式為:
SoftReference ref = null; 
while ((ref = (EmployeeRef) q.poll()) != null) { 
    // 清除ref 
} 
理解了ReferenceQueue的工作機制之後，我們就可以開始構造一個Java對象的快取器了。

三、構建圖片處理對象Image快取器1、Image對象執行個體

package org.cao.optimization.util;import java.io.File;import org.cao.optimization.ConstantValue;import android.graphics.Bitmap;import android.os.Environment;public class Image {// 圖片IDprivate String id;// 圖片對應bitmap對象private Bitmap bitmap;public Image(String id, Bitmap bitmap) {super();this.id = id;this.bitmap = bitmap;}public Image(String id) {this.id = id;}public String getId() {return id;}public void setId(String id) {this.id = id;}public Bitmap getBitmap() {return bitmap;}public void setBitmap(Bitmap bitmap) {this.bitmap = bitmap;}/** * @Title: hasFile * @Description: 判斷本地SD中是否有圖片 * @param id * @return * @throws */public static boolean hasFile(String id) {boolean result = false;// 判斷本地SDCard中是否有相關檔案if (Environment.getExternalStorageState().equals(Environment.MEDIA_MOUNTED)) {File externalStorageDirectory = Environment.getExternalStorageDirectory();String path = externalStorageDirectory.getAbsolutePath()+ ConstantValue.IMAGE_PATH;File dir = new File(path);File[] listFiles = dir.listFiles();if (listFiles != null && listFiles.length > 0) {for (int i = 0; i < listFiles.length; i++) {if (listFiles[i].getName().startsWith(id)) {result = true;break;}}}}return result;}/** * @Title: getFileFromSDCard * @Description: 從SD卡中擷取圖片 * @param id * @param path * @param extend * @return * @throws */public static File getFileFromSDCard(String id, String path, String extend) {File result = null;if (Environment.getExternalStorageState().equals(Environment.MEDIA_MOUNTED)) {File externalStorageDirectory = Environment.getExternalStorageDirectory();path = externalStorageDirectory.getAbsolutePath() + path;result = new File(new File(path), id + extend);}return result;}/** * @Title: getFileFromSDCard * @Description: 從SD卡中擷取圖片 * @param id * @return * @throws */public static File getFileFromSDCard(String id) {return getFileFromSDCard(id, ConstantValue.IMAGE_PATH,ConstantValue.PNG);}}

2、Image對象快取器ImageCache構建

/** * @ClassName: ImageCache * @author victor_freedom ([email protected]) * @createddate 2015-1-30 下午4:49:56 * @Description: Image對象快取 */public class ImageCache {static private ImageCache cache;// 一個Cache執行個體private Hashtable<String, ImageRef> ImageRefs;// 用於Chche內容的儲存private ReferenceQueue<Image> q;// 垃圾Reference的隊列// 繼承SoftReference，使得每一個執行個體都具有可識別的標識。private class ImageRef extends SoftReference<Image> {private String key = "";public ImageRef(Image im, ReferenceQueue<Image> q) {super(im, q);key = im.getId();}}// 構建一個緩衝器執行個體private ImageCache() {ImageRefs = new Hashtable<String, ImageRef>();q = new ReferenceQueue<Image>();}// 取得緩衝器執行個體public static ImageCache getInstance() {if (cache == null) {cache = new ImageCache();}return cache;}// 以軟引用的方式對一個Image對象的執行個體進行引用並儲存該引用public void cacheImage(Image im) {cleanCache();// 清除垃圾引用ImageRef ref = new ImageRef(im, q);ImageRefs.put(im.getId(), ref);}// 依據所指定的ID號，重新擷取相應Image對象的執行個體public Image getImage(String id) {Image im = null;// 緩衝中是否有該Image執行個體的軟引用，如果有，從軟引用中取得。if (ImageRefs.containsKey(id)) {ImageRef ref = (ImageRef) ImageRefs.get(id);im = (Image) ref.get();}// 如果沒有軟引用，或者從軟引用中得到的執行個體是null，重新構建一個執行個體，// 並儲存對這個建立執行個體的軟引用if (im == null) {im = new Image(id);System.out.println("Retrieve From ImageInfoCenter. ID=" + id);this.cacheImage(im);}return im;}private void cleanCache() {ImageRef ref = null;while ((ref = (ImageRef) q.poll()) != null) {ImageRefs.remove(ref.key);}}// 清除Cache內的全部內容public void clearCache() {cleanCache();ImageRefs.clear();System.gc();System.runFinalization();}}

至此，一個圖片對象的快取我們就已經建立起來了。希望本文能協助到看到此文的人。接下來專題我們在講圖片處理的後續步驟。

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