iOS image caching. Libraries benchmark (SDWebImage vs FastImageCache)

http://www.cocoachina.com/ios/20150128/11053.html

1.引言

过去的几年里，iOS应用在视觉方面越来越吸引人。图像展示是其中很关键的部分，因为大部分图像展示都需要下载并且渲染。大部分开发者都要使用图像填充表格视图（table views） 或者 集合视图（collection views） 。下载图片消耗一些资源(如蜂窝数据、电池以及CPU 等）。为了减少资源消耗，一些缓存模型也应运而生。

为了获得良好的用户体验，当我们缓存和加载图像时，了解iOS底层如何处理是很重要的。此外，大多数使用了图片缓存的开源库也是个不错解决方案。

2.常用的解决途径

• 异步下载图像

• 处理图像（拉伸，去红眼，去边框）以便展示

• 写入磁盘

• 需要时从磁盘读取并展示

// 假设我们有一个 NSURL *imageUrl and UIImageView *imageView, 我们需要通过NSURL下载图片并在UIImageview上展示
if ([self hasImageDataForURL:imageUrl] {
    NSData *data = [self imageDataForUrl:imageUrl];
    UIImage *image = [UIImage imageWithData:imageData];
    dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
        imageView.image = image;
    });
} else {
    [self downloadImageFromURL:imageUrl withCompletion:^(NSData *imageData, …) {
        [self storeImageData:imageData …];
        UIImage *image = [UIImage imageWithData:imageData];
        dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
            imageView.image = image;
        });
    }];
}

FPS 简介

• UI渲染理想情况FPS=60

• 60FPS => 16.7ms 每帧 这就意味着 如果任何主线程操作大于16.7ms，动态FPS将会下降，因为cpu忙于处理其他事情 而不是渲染UI。

3.常用解决途径的缺点

• 从磁盘加载图像或文件时间消耗昂贵（磁盘读取比内存读取慢大概10 - 1000倍，如果是SSD硬盘 可能与内存读取速度更接近（大概慢10倍）。参考这里的比较:Introduction to RAM Disks。如果使用SSD，将获得接近内存的速度（大概比内存访问速度慢十倍），但目前还没有手机和平板集成SSD模块。

• 创建UIImage实例将会在内存区生成一个图片的压缩版。但是压缩后的图像太小且无法渲染，如果我们从磁盘加载图像，图像甚至都没有加载到内存。解压图片同样也很消耗资源。

• 设置imageView的image属性，这种情况下将会创建一个CATransaction并加入主循环中。在下一次循环迭代中，CATransaction会对任何设置为layer contents的图像进行拷贝。

拷贝图像包含以下过程：

• 给文件io 和 解压缩 分配缓冲区

• 读取磁盘数据到内存

• 解压图像数据（生成原位图） - 高cpu消耗

• CoreAnimation 使用解压数据并渲染

字节位没有正确对齐的图像将被CoreAnimation拷贝，以修复字节位对齐并使之能被渲染。这一点在Apple 文档里没有说明，但是使用Instruments表明 CA::Render::copy_image会执行此操作，即使Core Aniation 即使没有拷贝图像。

从iOS7 开始，第三方应用不能使用JPEG硬件解码器。这意味着我们只能使用慢很多的软解码器。这一点在FastImageCache团队的 GitHub主页以及 Nick Lockwood的推文上都有指出。

4.一个强大的iOS图像缓存需包含以下部分： 

• 异步下载图像，尽可能减少使用主线程队列。

• 使用后台队列解压图像。这是个复杂的过程，请阅读Avoiding Image Decompression Sickness（http://www.cocoanetics.com/2011/10/avoiding-image-decompression-sickness/）。

• 在内存和磁盘上缓存图像。在磁盘上缓存图像很重要，因为app可能因为内存不足而被强行关闭或者需要清理内存。这种情况下，重新从磁盘加载图像比下载会快很多。备注:如果使用NSCache作为内存缓存，当有内存警告时，NSCache会清空缓存内容。NSCache相关细节请查看nshipster 上这篇文章：NSCache

• 保存解压过的图片到硬盘以及内存中，以避免再次解压。

• 使用GCD 和 blocks，这将使得代码更加高效和简单。如今GCD 和 blocks是异步操作时必需的。

• 最好使用UIImageView的分类以便集成

• 最好在下载后以及存入到缓存前能够处理图像

iOS图像优化 

更多的成像相关以及SDK框架（CoreGraphics,ImageIO,CoreAnimation,CoreImage)工作原理,CPU vs GPU 等，请阅读@rsebbe的文章：Advanced Imaging on iOS

Core Data 是一个好的选择吗？

这有一篇文章--CoreData 对比File System，实现图像缓存的基准测试。结果File System的表现更好（正如我们所预期的）

看一看上面罗列的观点，自己实现图像缓存不仅复杂，耗时而且痛苦。这也是为什么我倾向于使用开源的图像缓存解决方案。你们大部分已经听说过SDWebImage或new FastImageCache。

为了让你知道哪个开源库最适合你，我做了测试并且分析它们如何满足上述要求。

5.基准测试

测试库：

• SDWebImage - version 3.5.4

• FastImageCache - version 1.2

• AFNetworking - version 2.2.1

• TMCache - version 1.2.0

• Haneke- version 0.0.5

注：AFNetworking 加入对比是由于其自iOS7后在磁盘缓存方面出色的表现（基于NSURLCache实现）

测试场景

对于每个库，我都会使用全新的测试app，然后启动app，等所有图像加载完后，慢慢滑动。然后以不同力度来回滑动（从慢到快）。接着关掉app强制应用从磁盘缓存中加载图像，最后重复以上测试场景。

关于测试app工程

-相关demo可以在Github找到并获取，名字是ImageCachingBenchmark。同时还有本次实验的图表、结果数据表以及更多。

-请注意，请注意Github上的工程和图像缓存库都需要做一些调整，以便能让我们看到每一张缓存的图片都能够被加载出来。由于我不想检查Cocoapods源码文件（不是个好习惯），所以需要对Cocoapods clean后重新编译工程代码 。目前Github上的版本与我做测试的版本有些差别。

-如果你们想重新跑一下测试，你需要编写相同completionBlock用于图像加载，所有库得要跟默认的SDWebImage一样返回SDImageCacheType。

最快与最慢的设备对比结果

在Github工程上能看到完整的基准测试结果，由于这些表格很大，我只使用运行最快的设备iPhone 5s和运行最慢的iPhone 4来测试。

汇总：

表格名词解释

- 异步下载 = 库支持异步下载

-后台解压 =通过后台队列或线程执行图像解压

-存储解压 = 存储解压后的图像版本

-内存/磁盘缓存 = 支持内存/磁盘缓存

-UIImageView分类 = 库中含UIImageView 类别

-从内存/磁盘 = 从缓存（内存/磁盘）中读取的平均时间

6.结论

-从头开始编写iOS图像缓存组件很困难

-SDWebImage 和 AFNetworking 是稳定的工程。由于有很多贡献者，这样保证代码能够及时得到维护。FastImageCache在维护方面更新很快。

-基于以上所有数据，我认为SDWebImage 在目前是一个很好的解决方案。即使有些工程使用AFNetworking 或 FastImageCache更好。但是这些都依赖于项目需求。