iOS 缓存
一、为什么使用缓存
缓存的目的是以空间换时间。
出于优化考虑：服务器压力、用户体验、用户流量等；
出于功能考虑：离线存储、微信会话列表、新闻列表等；
重度使用缓存的 APP：微信、微博等。
二、iOS 上的缓存框架
NSCache、PINCache、YYCache、SDWebImage（分析 SDImageCache 部分）
1、NSCache
苹果提供的一个简单的内存缓存；
类似 NSDictionary 一个可变的集合；
提供了可设置缓存大小与内存大小限制的方式；
保证了处理的数据的线程安全性；
内存警告时自动清理部分缓存数据
NSCache API
2、PINCache
PINCache 项目是在 Tumblr 宣布不再维护 TMCache 后，由 Pinterest 维护和改进的基于 TMCache 的一个内存缓存，修复了 TMCache 存在的性能和死锁问题。
3、YYCache
YYCache 是国内开发者 ibireme 开源的一个线程安全的高性能缓存组件。
4、SDWebImage
SDWebImage 框架通过给 UIImageView 和 UIButton 添加分类，实现了一个异步下载图片并且支持缓存的功能。整个框架的接口简洁，分工明确。
三、线程安全
这些缓存框架都是线程安全的。
多线程操作共享数据不会出现意想不到的结果就是线程安全的，否则则是不安全的。多个线程同时访问或读取同一共享数据，每个线程的读到的数据是一样的，则不存在线程不安全。如果多个线程对同一资源进行读写操作，那么每个线程读到的结果不可预料，线程是不安全的。
接下来：
1、iOS 中有哪些方法保证线程安全；
2、这些缓存框架是如何保证线程安全的。
四、iOS 开发中的锁
1、OSSPinLock
2、dispatch_semaphore
3、pthread_mutex pthread_mutex(recursive) NSRecursiveLock
4、NSLock
5、NSCondition NSConditionLock
6、@synchronized
锁的性能
YYCache 和 PINCache 在内存缓存使用的是 pthread_mutex，在磁盘缓存使用的是Semaphone。 SDWebImage 在内存缓存使用的是 NSCache，本身就是线程安全的。在磁盘缓存使用串行队列来保证线程安全。
保证线程安全的方式
五、缓存
1、缓存的读取
缓存读取的逻辑大致为：
先访问内存缓存，再访问磁盘缓存（写入、读取、查询、删除）；
读取缓存时，如果在内存缓存中无法获取对应的缓存，则会去磁盘缓存中寻找。如果在磁盘缓存中找到了对应的缓存，则会将该对象再次写入内存缓存中，保证下一次尝试获取同一缓存时能够在内存中就能返回，提高速度。
2、二级缓存
MemoryCache
PINMemoryCache 通过维护一个 dic 记录 object 最后一次访问的时间，通过排序来实现 LRU;
YYMemoryCache 缓存内部通过双向链表和 NSDictionary 实现 LRU 淘汰算法；
SDImageCache 缓存使用的是 NSCache。
DiskCache
PINDiskCache 和 SDImageCache 是基于文件系统的；
YYDiskCache 采用了 SQLite&文件系统实现。
3、SDWebImage
SDWebImage流程图
SDImageCache 默认图片清理时间为一周。
SDImageCache 缓存的写入：
1、将图片缓存在内存中；
2、判断图片格式是 png 或 jpeg，将图片转化为 NSData 数据；
3、如果是在 mac_os 系统中，直接将图片转化为 NSBitmapImageRep 数据；
4、获取图片的存储路径，其中图片的文件名通过传入的 key 经过 md5 加密后获得的；
5、将图片存储在磁盘中。
SDImageCache 缓存的删除：
1、获取磁盘中图片的最后修改日期；
2、根据日期将图片进行分类，将超过最长存放时间的文件存储在删除数组中，其他的文件信息存储在另一个 dic 中，并计算除去要删除的文件之外的文件大小；
3、根据删除数组中的文件路径，将对应的文件删除；
4、判断剩下的文件大小是否超过用户现在的最大容量；
5、如果超过，则将剩余文件按修改时间进行升序排列，删除修改时间最早的文件，直到剩余文件大小小于最大磁盘容量。
清理时机：
系统内存不足时，会将内存中所有的图片缓存删除；
当系统进入后台时，会对磁盘中的文件数据进行清理；
当收到程序关闭通知时，会对磁盘中的文件数据进行清理。
4、PINCache
PINCache 是线程安全的键值对缓存框架，用于缓存一些临时数据或需要频繁加载的数据。
类图
PINCache 除了可以按键取值、按键存值、按键删除值之外，还可以移除某个日期之外的缓存数据、删除所有缓存、限制缓存大小。
PINCacheAPI
PINMemoryCache：
维护了三个 dic，分别为_dictionary、_dates、_costs，字典的 key 相同，value 分别为对象、最后访问日期、大小。
清理缓存：
内存警告和进入后台时，默认自动清除所有的内存缓存。
PINDiskCache
PINDiskCache 以文件形式存储缓存，在内存中维护了两个 dic分别为 _dates、_sizes，分别存储了文件的最后编辑时间和文件大小。
在初始化时子线程遍历硬盘缓存初始化这两个值，开发中可以根据业务逻辑调用api删除硬盘缓存。
支持清理的维度：age、byte。
5、YYCache
YYCache：提供了最外层的接口，调用了 YYmemoryCache 和 YYDiskCache 的相关方法；
YYMemoryCache：负责处理容量小，相对高速的内存缓存。线程安全，支持手动和自动清理缓存等功能；
_YYLinkedMap：YYMemoryCache 使用的双向链表类；
_YYLinkedMapNode：是 _YYLinkedMap 使用的节点类；
YYDiskCache：负责处理容量大，相对低速的磁盘缓存。线程安全，支持异步操作，自动和手动清理缓存等功能；
YYKVStorage：YYDiskCache 的底层实现类，用于管理磁盘缓存；
YYKVStorageItem：内置在 YYKVStorage 中，是 YYKVStorage 内部用于封装某个缓存的类。
API
YYMemoryCache：
将需要缓存的对象与传入的 key 关联起来，类似于 NSCache。
不同于 NSCache 的是，它的内部有：
缓存淘汰算法：LRU 算法来淘汰使用频率较低的缓存；
缓存清理策略：三个维度分别为 count（缓存数量）、cost（开销）、age（距上一次的访问时间）。可根据不同的需求清理某一维度超标的缓存。
无论从哪一维度清理缓存，都是从使用频率最低的那个缓存开始清理。
在 YYMemoryCache 中，使用了双向链表来保存这些缓存：
当写入一个新的缓存时，要把这个缓存节点放到链表头部，并且原链表头部的缓存节点要变成现在链表的第二个节点；
当访问一个已有的缓存时，要把这个缓存节点移动到链表的头部，原位置两侧的缓存接上，原头部节点变为第二个；
（根据清理维度）自动清理缓存时，要从链表的最后端逐个清理。
清理缓存：
内存警告和进入后台时，默认自动清除所有的内存缓存。
YYDiskCache：
与第一级缓存相同点是：
都具有查询、写入、读取、删除缓存的接口；
不直接操作缓存，通过另一个类（YYKVStorage）来操作；
使用 LRU 算法来清理缓存；
支持 cost、count、age 三个维度清理不符合标准的缓存。
不同点是：
1、根据缓存数据的大小来采取不同的形式的缓存：
数据库 sqlite：针对小容量缓存，缓存的 data 和元数据都保存在数据库里；
文件+数据库形式：针对大容量缓存，缓存的 data 写在文件系统中，其元数据保存在数据库中。
2、除了 cost、count、age 三个维度，还添加了一个磁盘容量的维度。
六、缓存框架的选型
由图可见：
1、YYMemoryCache 的性能不错，仅次于 NSDictory+OSSpinLock；
2、NSCache 的写入性能较差。读写性能不错；
3、PINMemoryCache 的读写性能还可以，但读取速度差于 NSCache；
由图可见：
1、存取小数据时（NSNumber），YYDiskCache的性能远远高于基于文件存储的库；
2、较大数据的存取性能比较接近，但得益于 SQLite 存储的元数据，YYDiskCache 实现了 LRU 淘汰算法、更快的数据统计，更多的容量控制选项。
总结
1、选择合适的线程锁；
2、选择合适的数据结构；
3、选择合适的线程来操作不同的任务；
4、选择合适的存储方式；
5、选择底层的类；
6、变量、方法的命名以及接口的设计。
ppt：https://github.com/yuetianlu/cache_ppt
参考：
https://blog.ibireme.com/2015/10/26/yycache/
https://juejin.im/post/5a657a946fb9a01cb64ee761
https://juejin.im/post/5a4080d16fb9a0451969d0aa
https://www.cnblogs.com/fengmin/p/5318782.html
https://bestswifter.com/ios-lock/
