网络 - 缓存

Jomurphys2025-11-07 16:37

一、概念

当某些网络访问获取的内容不是每次都变的，而是短时间不变的（每月榜单）或长时间不变的（歌曲的信息），每次访问都联网获取的话，可能响应慢，不支持离线浏览，浪费用户和公司的流量费用和带宽占用。因此将已请求的内容存储在本地（内存或磁盘）用于后续复用。

|--------|-----------------------------------------------------------------------|
| 服务端侧缓存 | 当客户端重复访问一张图片地址时，服务器会判断这个请求有没有缓存，有的话就直接返回掉这个请求，而不是到达真正的服务器地址，依次减轻运算压力。 |
| 客户端侧缓存 | 客户端将服务器返回的数据缓存在本地，再次访问同一地址的时候，客户端会检测本地是否有缓存，如果有且未过期就直接使用缓存内容。 |

1.1 客户端缓存方式

内存缓存详见：LruCache。磁盘缓存详见：DiskLruCache。

|--------|-----------------------------------------------------------|---------------------------|
| 内存缓存 | 读写速度最快，但容量有限，进程销毁后失效。 | 频繁访问的小数据（首页列表、用户信息）。 |
| 磁盘缓存 | 容量大，读写速度较慢，进程销毁后仍存在。 | 不频繁变动的大数据（图片、离线数据包）。 |
| HTTP缓存 | 基于HTTP协议标准（如 Cache-Control 头），由网络库（OkHttp）自动管理。通常也是存在磁盘上。 | 符合HTTP缓存规则的接口响应（GET请求结果）。 |

二、 非 HTTP 缓存

非 HTTP 缓存适用于复杂数据结构、非GET请求结果，需设计合理的 key 和过期策略。key需唯一标识缓存数据，确保"相同请求对应相同key，不同请求对应不同key"。需根据数据更新频率和重要性设置过期规则。

2.1 key命名

key需唯一标识缓存数据，确保"相同请求对应相同key，不同请求对应不同key"。

|--------|------------------------------------------------|
| 基于请求参数 | 对于接口请求，用URL + 方法 + 参数组合生成key（避免因参数不同导致缓存冲突）。 |
| 哈希优化 | 若key过长（如URL+参数复杂），可通过MD5/SHA-1哈希缩短key（避免存储冗余）。 |

2.2 过期策略

|---------------|------------------------------------------------------------------------------|
| 时间戳过期 | 存储缓存时记录时间戳，读取时判断是否超过有效期（如1小时），适用于大多数场景。 |
| 版本号过期 | 为数据设置版本号（如服务器返回verson=1.0），缓存时存储版本号，当服务器版本更新时，本地缓存失效，适用于数据更新有明确标识的场景（如配置文件）。 |
| LRU（最近最少使用）淘汰 | 当缓存容量达到上限时，淘汰最近最少使用的缓存（内存常用）。 |

2.3 离线加载策略

无论网络状态如何，先尝试加载本地缓存展示，再在有网络时请求最新数据并更新缓存和UI。

2.4 缓存与网络数据同步策略

|---------|--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|
| 以网络数据为准 | 在线时请求网络，无论缓存是否存在，均用网络数据更新缓存和UI确保数据最新，适用于实时性要求高的场景（如订单状态）。 |
| 增量更新 | 网络请求只返回变化的数据（如新增/修改的条目），本地缓存合并增量数据（减少传输量），例如： 服务器返回{ "added": [...], "updated": [...], "deletedIds": [...] } ，客户端合并到本地缓存列表：新增条目添加、更新条目替换、删除条目移除。 |
| 冲突处理 | 若缓存数据被本地修改（如用户编辑未提交），网络请求返回新数据时，需提示用户选择保留本地修改或覆盖（如"有新数据，是否更新？"）。 |
| 后台同步 | 对于非紧急数据（如用户历史记录），可在App启动或网络恢复时，后台静默请求网络并更新缓存，不干扰用户操作。 |

2.5 大数据缓存优化

2.5.1 分页加载

将大列表按分页参数（如page=1&size=20）拆分缓存，避免一次性缓存整个列表导致的内存/磁盘占用过高。 缓存key包含分页参数（如news_list_page1_size20），只缓存用户已浏览的页（如当前页、上一页、下一页），淘汰更早的页（LRU策略）。

Kotlin 复制代码 
// 缓存第1页数据  newsCache.saveCache("news_page1", page1Data)
// 缓存第2页数据  newsCache.saveCache("news_page2", page2Data)
// 加载第3页时，若缓存满，淘汰第1页（LRU）

2.5.2 增量更新

只缓存变化的数据，而非全量数据，减少重复存储。

|----|------------------------------------------------------------------------------------|
| 列表 | 服务器返回数据时携带"版本号"或"修改时间"，客户端仅缓存版本号大于本地数据的。 |
| 图片 | 缓存不同分辨率的图片（缩略图、中图、原图），根据展示场景加载（如列表用缩略图，详情用原图），对于渐进式图片（如WebP），可先缓存低质量版本，再异步缓存高质量版本。 |

Kotlin 复制代码 
//服务器返回增量数据，客户端合并增量到本地缓存，无需重新缓存整个列表。
{
    "version": 5,
    "added": [{"id": 101, "content": "..."}], // 新增条目
    "updated": [{"id": 10, "content": "..."}], // 更新条目
    "deletedIds": [5, 8] // 删除条目ID
}

2.5.3 压缩存储

|----|--------------------------------------------------------------------------------|
| 列表 | 用高效序列化方式（如Protocol Buffers替代JSON），减少磁盘占用（通常比JSON小30%-50%）。 |
| 图片 | 存储压缩格式（如WebP，比JPEG小25%-35%），按显示尺寸压缩（如ImageView大小为200x200，缓存200x200的图片，而非原图尺寸）。 |

2.5.4 预热与预加载

|-----|-----------------------------------------------|
| 预热 | App启动时，提前缓存高频访问的基础数据（如首页Banner、分类列表）。 |
| 预加载 | 用户浏览当前页时，后台预加载下一页数据（如滑动列表到80%时，预加载下一页），提升流畅度。 |

2.5.5 内存缓存限制

对大体积数据（如图片），内存缓存设置严格的容量上限（如最多缓存20张图片），避免OOM。优先缓存最近访问的图片（LRU策略），后台自动释放内存（如onTrimMemory时清理部分缓存）。

2.5.6 异步写入

大体积数据的磁盘写入（如图片）放在后台线程，避免阻塞UI线程。

三、HTTP缓存

OkHttp 基于 HTTP 协议规范（RFC 7234）通过 Cache 类实现磁盘缓存。当发起GET请求时，会将服务器返回的响应按规则存储到磁盘（默认路径：/data/data/包名/cache/okhttp），后续发起相同请求时会先检查本地缓存。

  1. 缓存未过期：直接使用缓存，不发起网络请求。
  2. 缓存已过期：发起"条件请求"，携带 If-Modified-Since 或 If-None-Match 头，服务器判断缓存是否有效：
    1. 有效（返回 304 Not Modified）：使用本地缓存。
    2. 无效（返回 200 OK）：更新缓存并使用新响应。

3.1 配置缓存目录和大小

设置好Cache后，同一个地址访问两次打印Log：

  1. 第一次访问的response.networkResponse( )有内容（来自网络）而response.cacheResponse( ) = null；
  2. 第二次访问相反，response.cacheResponse( )有内容（来自缓存）而response.networkResponse( ) = null。
Kotlin 复制代码 
//缓存目录
private val cacheFile = File(APP.context.externalCacheDir, "HttpCache")
//缓存大小100mb
private val cacheSize = (100 * 1024 * 1024).toLong()
//创建Cache类
private val cache = Cache(cacheFile, cacheSize)
//配置到OkHttpClient
private val okHttpClient = OkHttpClient.Builder()
    .cache(cache)    //关联缓存
    .build()

3.2 配置缓存策略

缓存策略主要通过HTTP请求头/响应头的Cache-Control字段控制。

|------|-------------------------------------------------|
| 固定配置 | Retrofit 可以对接口方法使用 @Headers 注解配置 Cache-Control。 |
| 灵活配置 | 可根据网络状态、URL类型等进行动态配置。 |

3.2.1 通过请求头全局控制（自行配置Request）

CacheControl 类中提供了两个已经定义好的，通过伴生对象调用，可根据有无网络访问来返回其一。也可以根据需求通过 CacheControl.Builder() 自定义，或是直接配置 header。

|----------------------------|----------|
| CacheControl.FORCE_NETWORK | 只获取网络数据。 |
| CacheControl.FORCE_CACHE | 只读取本地缓存。 |

|-----------------------------------|------------------|
| noStore() | 不使用缓存，也不存储缓存。 |
| onlyIfCached() | 只使用缓存。 |
| noTransform() | 禁止转码。 |
| maxAge(10, TimeUnit.MILLISECONDS) | 超时时间为10ms。 |
| maxStale(10, TimeUnit.SECONDS) | 超时之外的超时时间为10s。 |
| minFresh(10, TimeUnit.SECONDS) | 超时时间为当前时间加上10秒钟。 |

Kotlin 复制代码 
private val cacheRequestIntercept = object : Interceptor{
    val cacheControl = CacheControl.Builder()
        .maxAge(60, TimeUnit.SECONDS)    //缓存缓存有效期60秒
        .build()
    override fun intercept(chain: Interceptor.Chain): Response {
        val request = chain.request().newBuilder()
//              .header("Cache-Control", "public, max-age=1800")    //也可通过header配置
//              .cacheControl(CacheControl.FORCE_CACHE)    //使用定义好的CacheControl
            .cacheControl(cacheControl)    //使用自定义的CacheControl
            .build()
        val response = chain.proceed(request)
        return response
    }
}

//配置到OkHttpClient
private val okHttpClient = OkHttpClient.Builder()
    .addInterceptor(cacheRequestIntercept)   //添加应用拦截器（走缓存不会调用网络拦截器）
    .build()

简写

Kotlin 复制代码 
private val cacheRequestIntercept = Interceptor { chain ->
    val cacheControl = CacheControl.Builder()
        .maxAge(60, TimeUnit.SECONDS)
        .build()
    val request = chain.request().newBuilder()
        .cacheControl(cacheControl)
        .build()
    chain.proceed(request)
}

3.2.2 通过响应头全局控制（自行配置Response）

服务器通过响应头的Cache-Control指定缓存过期时间，客户端在过期前直接使用缓存，不向服务器发起请求。也可以通过拦截器自定义来覆盖。

|---------------------|----------------------------------------------|
| max-age=<seconds> | 缓存有效期（秒），从响应生成时间开始计算，例如max-age=3600表示缓存1小时。 |
| public/private | public表示缓存可被共享（如代理服务器），private表示仅客户端可缓存（默认）。 |
| immutable | 缓存数据不会变化，客户端无需验证（适用于静态资源）。 |

Kotlin 复制代码 
private val cacheResponseIntercept = object : Interceptor{
    override fun intercept(chain: Interceptor.Chain): Response {
        val request = chain.request()
        //仅针对GET请求设置缓存
        val response = if(request.method == "GET") {
            chain.proceed(request).newBuilder()
                .removeHeader("pragma")    //移除干扰缓存的头（如no-cache）
                .header("Cache-Control","max-age=60")
                .build()
        } else {
            chain.proceed(request)
        }
        return response
    }
}

//配置到OkHttpClient
private val okHttpClient = OkHttpClient.Builder()
    .addInterceptor(cacheResponseIntercept)   //添加应用拦截器（走缓存不会调用网络拦截器）
    .build()

简写

Kotlin 复制代码 
private val cacheResponseIntercept = Interceptor { chain ->
    val request = chain.request()
    if (request.method == "GET") {
        chain.proceed(request).newBuilder()
            .removeHeader("pragma")
            .header("Cache-Control","max-age=60")
            .build()
    } else {
        chain.proceed(request)
    }
}

3.2.3 为单个请求固定控制

Kotlin 复制代码 
//缓存1小时（强制缓存）
//@Headers("Cache-Control: public, max-age=3600")
//禁止缓存（每次都请求最新数据）
//@Headers("Cache-Control: no-store")
//仅离线时使用缓存（在线时必须请求网络）
@Headers("Cache-Control: public, only-if-cached, max-stale=3600")
@GET("user/{userId}") 
suspend fun getUserById(@Path("userId"): User

3.2.4 根据条件灵活控制

根据网络状态

Kotlin 复制代码 
private val cacheIntercepter = Interceptor { chain ->
    val request = if (NetUtils.NO_NETWORK) {
        //无网络,检查30天内的缓存,即使是过期的缓存
        chain.request().newBuilder()
            .cacheControl(CacheControl.Builder().maxAge(60, TimeUnit.SECONDS).build())
            .build()
    } else {
        //有网络,检查10秒内的缓存
        chain.request().newBuilder()
            .cacheControl(CacheControl.Builder().maxAge(60, TimeUnit.SECONDS).build())
            .build()
    }
    chain.proceed(request)
}

根据URL类型

Kotlin 复制代码 
private val cacheIntercepter = Interceptor { chain ->
    val request = chain.request()
    val url = request.url.toString()
    if (url.contains("/news/")) {
        //新闻列表缓存3分钟
        chain.proceed(request).newBuilder()
            .header("Cache-Control", "public, max-age=180")
            .build()
    } else if (url.contains("/user/")){
        //用户信息不缓存
        chain.proceed(request).newBuilder()
            .header("Cache-Control", "no-cache")
            .build()
    } else {
        chain.proceed(request)
    }
}
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