在iOS开发的过程中，我们经常会遇到一个问题，那就是从网络下载的图片应该如何来存储，首先能够想到的可能就是使用字典把图片保存起来，那么下次再去请求的时候就可以直接使用而不需要下载了，但是使用字典未必是一个好的方案。其实NSCache类更好，因为它是Foundation框架专门为处理缓存而设计的。

 

NSCache

NSCache是一个类似于集合的容器，它也存储key-value对，这一点类似于NSDictionary类。我们通常需要缓存一些临时存储、短时间使用、但创建昂贵的对象，通过重用这些对象可以优化应用的性能，因为它们的值不需要重新计算。另外一方面，这些对象对于程序来说不是紧要的，可以在内存紧张时会被丢弃。如果对象被丢弃了，则下次使用时需要重新计算。

当一个key-value对在缓存中时，缓存维护它的一个强引用。存储在NSCache中的通用数据类型通常是实现了NSDiscardableContent协议的对象。在缓存中存储这类对象是有好处的，因为当不再需要它时，可以丢弃这些内容，以节省内存。默认情况下，缓存中的NSDiscardableContent对象在其内容被丢弃时，会被移除出缓存，尽管我们可以改变这种缓存策略。如果一个NSDiscardableContent被放进缓存，则在对象被移除时，缓存会调用discardContentIfPossible方法。

NSCache与可变集合有几点不同：

1：NSCache类结合了各种自动删除策略，以确保不会占用过多的系统内存。如果其它应用需要内存时，系统自动执行这些策略。当调用这些策略时，会从缓存中删除一些对象，以最大限度减少内存的占用。
2：NSCache是线程安全的，我们可以在不同的线程中添加、删除和查询缓存中的对象，而不需要锁定缓存区域。
3：不像NSMutableDictionary对象，一个缓存对象不会拷贝key对象。
   

这些特性对于NSCache类来说是必须的，因为在需要释放内存时，缓存必须异步地在幕后决定去自动修改自身。下面看一下头文件：

open class NSCache<KeyType, ObjectType> : NSObject where KeyType : AnyObject, ObjectType : AnyObject {
    
    open var name: String

    unowned(unsafe) open var delegate: NSCacheDelegate?
    
    open func object(forKey key: KeyType) -> ObjectType?

    open func setObject(_ obj: ObjectType, forKey key: KeyType) // 0 cost

    open func setObject(_ obj: ObjectType, forKey key: KeyType, cost g: Int)

    open func removeObject(forKey key: KeyType)

    open func removeAllObjects()
    
    open var totalCostLimit: Int // limits are imprecise/not strict

    open var countLimit: Int // limits are imprecise/not strict

    open var evictsObjectsWithDiscardedContent: Bool
}

public protocol NSCacheDelegate : NSObjectProtocol {

    @available(watchOS 2.0, *)
    optional public func cache(_ cache: NSCache<AnyObject, AnyObject>, willEvictObject obj: Any)
}

相关内容如下：

由上可知，NSCache类中东西并不多，NSCache提供了一组方法来存取key-value对，类似于NSMutableDictionary类。我们在存储对象时，可以为对象指定一个消耗值，即存储方法：setObject(obj: AnyObject, forKey key: AnyObject, cost g: Int)中的cost参数，

cost这个消耗值用于计算缓存中所有对象的一个消耗总和

1）当内存受限或者总消耗超过了限定的最大总消耗，则缓存能够开启一个丢弃过程以移除一些对象。不过，这个过程不能保证被丢弃对象的顺序。其结果是，如果我们试图操作这个消耗值来实现一些特殊的行为，则后果可能会损害我们的程序。

2）通常情况下，这个消耗值是对象的字节大小。如果这些信息不是现成的，则我们不应该去计算它，因为这样会使增加使用缓存的成本。如果我们没有可用的值传递，则直接传递0，或者是使用-setObject:forKey:方法，这个方法不需要传入一个消耗值。

 

countLimit：限定了缓存最多维护的对象的个数

默认值为0，表示不限制数量。但需要注意的是，这不是一个严格的限制。如果缓存的数量超过这个数量，缓存中的一个对象可能会被立即丢弃、或者稍后、也可能永远不会，具体依赖于缓存的实现细节。

 

totalCostLimit：限定缓存能维持的最大内存

默认值也是0，表示没有限制。当我们添加一个对象到缓存中时，我们可以为其指定一个消耗(cost)，如对象的字节大小。如果添加这个对象到缓存导致缓存总的消耗超过totalCostLimit的值，则缓存会自动丢弃一些对象，直到总消耗低于totalCostLimit值。不过被丢弃的对象的顺序无法保证。需要注意的是totalCostLimit也不是一个严格限制，其去除策略是与countLimit一样的。相关例子可以看这里：Objective-C中的缓存

 

evictsObjectsWithDiscardedContent：该布尔值标识缓存是否自动舍弃那些内存已经被丢弃的对象，如果设置为YES，则在对象的内存被丢弃时舍弃对象。默认值为YES。

 

NSDiscardableContent协议

@protocol NSDiscardableContent
@required
- (BOOL)beginContentAccess;
- (void)endContentAccess;
- (void)discardContentIfPossible;
- (BOOL)isContentDiscarded;
@end

NSDiscardableContent是一个协议，实现这个协议的目的是为了让我们的对象在不被使用时，可以将其丢弃，以让程序占用更少的内存。

一个NSDiscardableContent对象的生命周期依赖于一个“counter”变量。一个NSDiscardableContent对象实际是一个可清理内存块，这个内存记录了对象当前是否被其它对象使用。如果这块内存正在被读取，或者仍然被需要，则它的counter变量是大于或等于1的；当它不再被使用时，就可以丢弃，此时counter变量将等于0。

当counter变量等于0时，如果当前时间点内存比较紧张的话，内存块就可能被丢弃。为了丢弃这些内容，可以调用对象的discardContentIfPossible方法，这样当counter变量等于0时将会释放相关的内存。而如果counter变量不为0，则该方法什么也不做。
 

默认情况下，NSDiscardableContent对象的counter变量初始值为1，以确保对象不会被内存管理系统立即释放。从这个点开始，我们就需要去跟踪counter变量的状态。为此。协议声明了两个方法：beginContentAccess和endContentAccess。其中调用beginContentAccess方法会增加对象的counter变量+1，这样就可以确保对象不会被丢弃。当不在需要对象的时候，通过调用endContentAccess方法使变量-1.通常是让对象的counter值变回为0，这样在对象的内容不再被需要时，就要以将其丢弃。

 

通常，使用NSCache会结合NSDiscardableContent协议，实现了这个协议的类需要在被引用之前，必须调用beginContentAccess来标记为可使用的，如果在使用之前没有调用beiginContentAccess，那么就会抛出异常。在使用结束之后，调用endContentAccess，来标记它为可以被释放的。如果实现了NSDiscardableContent协议的对象放入了NSCache中，那么，在清除它的时候，会调用discardContentIfPossible方法来判断引用状况，没有引用，则销毁。

 

NSPurgeableData

还有一个类是NSPurgeableData，和NSCache搭配起来使用，效果很好。NSPurgeableData是NSMutableData的子类并遵守了NSDiscardableContent协议。如果某个对象所占用的内存能够根据需要随时丢弃，那么就可以实现该协议所定义的接口，这就是说，当系统资源紧张时，可以把保存NSPurgeableData对象的那块内存释放掉。NSDiscardableContent中定义了isContentDiscarded可以用来查寻相关内存是否已经是否。

如果需要访问某个NSPurgeableData对象，可以调用其beginContentAccess方法，告诉它现在还不应该丢弃自己所占用的内存。用完之后，调用endContentAccess方法，告诉它在必要的时候丢弃自己所占用的内存，这些调用可以嵌套，所以说，™就像递增与递减引用计数所用的方法那样。只有对象的“引用计数”为0时才可以丢弃。
 

如果将NSPurgeableData对象加入NSCache，那么当该对象为系统所丢弃时，也会自动从缓存中移除。通过NSCache的evictsObjectsWithDiscardedContent属性，可以开启和关闭此功能。

 

我们也来做一个简单的图片缓存机制:

//创建应该缓存单例
extension NSCache {
    class var sharedInstance : NSCache {
        struct Static {
            static let instance : NSCache = NSCache()
        }
        return Static.instance
    }
}

class ImageLoader:NSObject{
    
    class func downloadImageWithURL(urlString: String, completionHander: (image: UIImage?,url:String) -> Void) {
        //异步获取图片
        dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_BACKGROUND, 0)) {
            let cacheData = NSCache.sharedInstance.objectForKey(urlString) as? NSData
            if let goodData = cacheData {
                let imge = UIImage(data: goodData)
                //返回主线程
                dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), {
                    completionHander(image: imge,url: urlString)
                })
                return
            }
            //如果没有图片则网络获取
            let session = NSURLSession.sharedSession()
            let url = NSURL(string: urlString)
            let downloadTask = session.dataTaskWithURL(url!, completionHandler: { (data, res, error) in
                guard error == nil && data != nil else {
                    completionHander(image: nil,url: urlString)
                    return
                }
                let image = UIImage(data: data!)
                NSCache.sharedInstance.setObject(data!, forKey: urlString)
                dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), {
                    completionHander(image: image, url: urlString)
                })
            })
            downloadTask.resume()
        }
    }
}

虽然NSCache用起来比较简单，但还需要注意几个地方：

1：不同的NSCache对象管理的缓存是不同的，不能只通过名称来区别。同一个名称对应的是不同的缓存。所以，如果你需要在多个地方管理同一个缓存对象，要么把对象传递过去使用，要么使用单例来解决这个问题。

2：系统对缓存的清理并不是必须的。如果你设定了缓存上限，那么超过上限时系统便会自动清理。如果没有设定上限，则系统只有在内存警告发生的时候才会去清理这些内存。

3：NSCache的缓存如果设定了 cost，清理缓存时并不保证移除顺序，也不会由于谁的 cost比较小就清除谁，所以如果你想使用cost，那就要注意好这些规则。

4：NSCache并不会复制对象，而只是对要缓存的对象做了强引用，所以你的缓存对象并不需要实现NSCopying协议，想想都比较开心。

5：NSCache只能缓存到内存中，如果下次启动，缓存对象被释放，这些缓存也会被释放。

 

构建缓存时选用NSCache而非NSDictionary中的几个要点：

1、实现缓存时应选用NSCache而非NSDictionary对象。因为NSCache可以提供优雅的自动删减功能，而且是“线程安全的”，NSDictionary并不具备此优势，要明白对于缓存来说，线程的安全是非常重要的。此外，它与字典不同，并不会拷贝键。
2、可以给NSCache对象设置上限，用以限制缓存中的对象总个数及“总成本”，而这些尺度则定义了缓存删减其中对象的时机，。但是绝对不要把这些尺度当成可靠的“硬限制”（hard limit），它们仅对NSCache起指导作用。
3、将NSPurgeableData与NSCache搭配使用，可以实现自动清除数据的功能，也就是说将NSPurgeableData对象所占用内存为系统所丢弃时，该对象自身也会从缓存中移除。

4、如果缓存使用得当，那么应用程序的响应速度就能提高。只有那种“重新计算起来很费事的”数据，才值得放入缓存，比如那些需要从网络获取或从磁盘读取的数据。

 

参考文章：

NSCache Class Reference

NSDiscardableContent

NSCache 源码分析