移動(dòng)終端加載網(wǎng)絡(luò)圖片的算法研究

王晉東

摘 要：隨著移動(dòng)設(shè)備的普及，越來(lái)越多的互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用都對(duì)加載圖片的速度有很高的要求。在簡(jiǎn)要對(duì)比傳統(tǒng)的同步和多線程兩種加載圖片方式后，給出相應(yīng)地實(shí)現(xiàn)算法和評(píng)價(jià)。

關(guān)鍵詞：移動(dòng) 圖片 多線程 算法

中圖分類號(hào)：TP316 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-3973（2013）009-102-03

1 前言

iOS、Android、Windows Phone及Symbian等主流的移動(dòng)操作系統(tǒng)現(xiàn)在均已支持加載jpg、png等常見格式的圖片，隨著應(yīng)用對(duì)網(wǎng)絡(luò)依賴程度的加強(qiáng)，這些操作系統(tǒng)也已支持直接從網(wǎng)絡(luò)直接讀取圖片。而讀取只要給出該圖片的http地址（URL）即可。

對(duì)用戶界面響應(yīng)速度要求較高的應(yīng)用而言，圖片的加載速度不宜過(guò)慢。而隨著如今終端屏幕分辨率的增加，用戶對(duì)手機(jī)的圖片質(zhì)量也有了很高的要求。就單一服務(wù)器模式而言，以前流行的分布式算法顯然達(dá)不到要求。

2 同步方式

同步方式十分簡(jiǎn)單。由客戶端向服務(wù)器提交請(qǐng)求，服務(wù)器對(duì)此做出應(yīng)答——應(yīng)答的結(jié)果就是從遠(yuǎn)程向客戶端返回符合要求的圖片代碼，圖片接收完畢后再由客戶端作解碼、還原。同步方式的算法如下。

客戶端：

BEGIN

Activate webservice

Send request to server

Wait for response

Download complete

END

服務(wù)器：

BEGIN

Receive reqests

Create response queue

While queue is not empty

dequeue

handle every request

END

這種方式的優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單，缺點(diǎn)也很明顯：客戶端增多時(shí)，服務(wù)器壓力會(huì)陡然增大，而此種方式要求圖片必須是連續(xù)加載，即客戶端需要等待自己的加載要求出服務(wù)器隊(duì)列時(shí)才會(huì)收到應(yīng)答。圖片一般比較大，所以它們都是在基本框架加載后才逐漸加載上的，整個(gè)加載的過(guò)程非常不雅觀，或者是從模糊逐漸變清晰，或者是從上往下拓展開（當(dāng)然你也可以認(rèn)為這些都是不錯(cuò)的特效）。

3 多線程方式

3.1 統(tǒng)一需求

除了不能滿足快速加載網(wǎng)絡(luò)圖片的要求以外，同步方式還存在諸多缺點(diǎn)。多線程方式通過(guò)采用不同的機(jī)制，不僅保證了快速加載圖片的基本要求，更從流量上等方面具有較大的優(yōu)勢(shì)。

3.2 多線程與線程池

由于程序的代碼中存在著數(shù)據(jù)和控制依賴關(guān)系，單線程只能很有限地滿足當(dāng)今處理能力的要求。為了增加處理器的處理能力而一味地強(qiáng)化指令的執(zhí)行順序和細(xì)化分支，有時(shí)也不見得能事半功倍。因此，現(xiàn)代微處理器多采用硬件多線程技術(shù)來(lái)發(fā)掘線程之間的線程級(jí)并行潛力。移動(dòng)終端所采用的處理器多為ARM架構(gòu)，很好地滿足了多線程的處理要求。

多線程技術(shù)主要解決處理器單元內(nèi)多個(gè)線程并行執(zhí)行的問(wèn)題，它可以顯著減少處理器單元的閑置時(shí)間，增加處理器單元的吞吐能力。但如果對(duì)多線程應(yīng)用不當(dāng)，會(huì)增加對(duì)單個(gè)任務(wù)的處理時(shí)間?？梢耘e一個(gè)簡(jiǎn)單的例子：

假設(shè)在一臺(tái)服務(wù)器完成一項(xiàng)任務(wù)的時(shí)間為T，它包括創(chuàng)建線程T1、執(zhí)行任務(wù)T2、線程同步T3以及線程銷毀的時(shí)間T4。顯然，在理想狀況下，T必然是這幾部分的時(shí)間之和。

可以看出T1，T4是多線程本身的帶來(lái)的開銷，我們渴望減少T1，T4，從而減少T的時(shí)間。但是如果在程序中頻繁地創(chuàng)建或銷毀線程，會(huì)導(dǎo)致T1和T4在T中占有相當(dāng)大比例，從而使整個(gè)執(zhí)行的時(shí)間變長(zhǎng)。這顯然并沒有很好地利用線程的并發(fā)性。

線程池技術(shù)正是關(guān)注如何縮短或調(diào)整T1，T4時(shí)間的技術(shù)，從而提高服務(wù)器程序性能的。它把T1，T4分別安排在服務(wù)器程序的啟動(dòng)和結(jié)束的時(shí)間段或者一些空閑的時(shí)間段，這樣在服務(wù)器程序處理客戶請(qǐng)求時(shí)，不會(huì)有T1，T4的開銷了。另外，線程池不僅調(diào)整T1，T4產(chǎn)生的時(shí)間段，而且它還顯著減少了創(chuàng)建線程的數(shù)目。

3.3 常見系統(tǒng)的線程類

Java中線程類Thread的繼承關(guān)系為java.lang.Thread，在C#中是System.Threading.Thread，而iOS 支持NSThread等多個(gè)層次的多線程編程，層次越高的抽象程度越高，使用起來(lái)也越方便，也是蘋果最推薦使用的方法。

這些系統(tǒng)的線程類使用起來(lái)都非常方便，它將作為我們快速加載圖片的基礎(chǔ)。

3.4 多線程模式的算法

為了不失一般性，我們約定，采用一種類似C#（當(dāng)然也可以是Java）的語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)算法。

3.4.1 線程池的構(gòu)造

class ThreadPool

{

Assume：isClosed，Queue，poolId and wait；

//是否關(guān)閉，隊(duì)列，id，是否等待狀態(tài)

//構(gòu)造函數(shù)，參數(shù)為線程池大小

ThreadPool（size）

Initialize Queue as a queue； //創(chuàng)建新隊(duì)列

For i：= 0 to size

Create and start a new thread； //啟動(dòng)一個(gè)新線程

//是否等待狀態(tài)

bool isWait return wait

//設(shè)置為等待

void setWait（_wait） wait ：= _wait；

// 向隊(duì)列里加入一個(gè)新的任務(wù)，由工作線程去執(zhí)行任務(wù)

synchronized void execute（task）

//如果線程池已關(guān)閉，拋出異常，否則

if（task ！= null） then

While wait=true

Try

wait；

Catch

//Throw an exception

Add task to Queue；

Notify Queue；

synchronized Runnable getTask（threadId）

While Queue is not null

If isClosed then return null；

wait（）；

return First element in Queue // 返回隊(duì)列中第一個(gè)元素

synchronized void closePool（）

If ！isClosed then

waitFinish（）； // 等待工作線程執(zhí)行完畢

isClosed ：= true；

Queue.clear（）；

interrupt（）；

//讓線程池處于等待狀態(tài)

synchronized void waitPool（） this.wait ：= true；

//喚醒線程池

synchronized void notifyPool（） this.wait ：= false；

// 等待工作線程把所有任務(wù)執(zhí)行完畢

void waitFinish

synchronized；

isClosed ：= true；

notifyAll；

threads[] ：= new Thread[activeCount（）]； // activeCount（） 返回該線程組中活動(dòng)線程的估計(jì)值

count ：= number of active threads

for I ：= 0 to count

if thread[i] is not interrupted then

set thread[i] to interrupted

}

3.4.2 工作線程類

class WorkThread

{

Assume：id；

WorkThread（_id）

Create a thread；

Id ：= _id；

void run（）

While thread is not interrupted

Task ：= null；

Try

task = getTask（id）；

catch

//Throw an exception

// 如果getTask（）返回null或者線程執(zhí)行g(shù)etTask（）時(shí)中斷，則結(jié)束此線程

If task is not null then

try

Run the task；

catch

Throw an exception；

}

3.4.3 加載圖片類

class LoadImage

{

Assume size；

void run（）

Try

while true

//wait until images come into queue

if size = 0 then

wait for photoqueue；

else

create and initialize an instance；

Create a BitMapLoad instance；

threadPool.execute（bdd）；

if Thread is interrupted then break

Catch

// Exit the Thread

}

3.4.4 BitMapLoad 類

// 本類用來(lái)支持多線程

class BitmapDownAndDisplay

{

Assume photoToLoad，Activity；

BitmapDownAndDisplay（photoToLoad， activity）

this.photoToLoad ：= photoToLoad；

this.activity ：= activity；

oid run（）

create a bitmap；

synchronized （this）

bitmap ：= getBitmap（photoToLoad.url）；

if bitmap is not null then

add bitmap to system cache；

if photoToLoad.imageView.getTag（） is not null &&

photoToLoad.imageView.getTag（） =photoToLoad.url then

set bitmap to UI thread to show

else

if wait=false

// 非阻塞線程則加會(huì)隊(duì)列末尾

Add photoLoad to photoQueue；

}

4多線程與同步方式的比較

我們采用相同的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)：Windows Phone 7.5系統(tǒng)的模擬器，運(yùn)行兩段代碼，一段為同步加載圖片，另一段為多線程方式，在系統(tǒng)內(nèi)部均沒有緩存的情況下進(jìn)行測(cè)試。網(wǎng)絡(luò)圖片來(lái)自http：//pivotstudio.org，加載的效果如圖2。

很明顯，多線程方式的加載時(shí)間要大大優(yōu)于同步方式。

5 多線程方式的優(yōu)點(diǎn)總結(jié)

（1）在加載圖片時(shí)使UI不至于阻塞太久，縮短了加載時(shí)間；

（2）多個(gè)圖片控件同時(shí)加載，速度更快；

（3）實(shí)現(xiàn)算法具有通用性，主流平臺(tái)均受支持；

（4）運(yùn)用線程池以防止開啟過(guò)多的線程，從而增大CPU的壓力；

（5）可擴(kuò)展性：在此基礎(chǔ)上加入內(nèi)存管理的機(jī)制，可以提高終端內(nèi)存的使用率。

6 總結(jié)

在實(shí)際的應(yīng)用中，越來(lái)越多的應(yīng)用和游戲需要從網(wǎng)絡(luò)獲取很多的圖片，本文所討論的多線程加載圖片的機(jī)制就很好地滿足了上述要求。當(dāng)然，盡管算法是通用的，在具體的項(xiàng)目和開發(fā)環(huán)境中還需要根據(jù)語(yǔ)言和平臺(tái)的特點(diǎn)靈活編寫程序，方能發(fā)揮出算法最佳地性能。

參考文獻(xiàn)：

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