背景
图片展示，在各大APP中不可或缺，众所周知云音乐是一款带有社交属性的音乐软件，那么在任何社交场景，都会有展示图片的诉求，并且常常会有重图片场景，比如一个云音乐中Mlog的Feed流场景全都是图片，或者就是Mlog中的图集，都需要展示大量的图片，要是图片无法及时的展示出来，不能及时的被用户消费，那么会造成用户浏览信息不顺畅，导致用户的流失，因此优化图片下载迫在眉睫。
现有图片下载技术
这里简单了解下云音乐APP中接入的图片资源服务，它可以通过拼接参数，在远端进行裁剪，质量压缩从而下载到不同的图片。更多信息参考[1]
影响图片下载的因素
图片大小 网络情况 本地缓存 cdn缓存
综上所述，如何提高图片的下载速度可以从上面几点开始优化。
优化方式
网络优化
传统 HTTP1.0 的架构下没法多路复用，采用 HTTP2.0 的方式，请求同一ip域名的资源可以从节省大量建连及传输时间。 除此之外笔者在做音视频场景较重的页面时，发现音视频流媒体的数据有时候会抢占大量带宽，导致图片下载非常的慢，这时需要对音视频场景资源下载做适当的控制，如限流等操作，具体看业务优先级。如音视频场景使用socket下载时可以适当调中recv buffer 大小。
图片大小优化
格式优化 这是最容易想的到的也是最有效的，如果正常使用jpg，png等常规图片，那图片的大小会是比较大的，目前我们的nos服务支持指定类型，将图片转成特定的格式，所以我们这里使用webp，从而减少图片的大小。（只需要在请求参数中拼接类型为webp即可）
那除此之外呢，我们还可以做一些什么？
按需裁剪 比如一个 100 * 100 的控件，3 倍屏的情况下，我们只需要下载 300 * 300 的图就可以了，如果图片超过个尺寸，我们去下载那么大的也没有意义。所以根据控件大小，可以决定我们下的图片大小，从而减小我们所需下载的图片。
压缩质量 比如要求没有那么高的场景我们只需要质量为 80 的图就可以了。
思考以上几项做完，我们可以发现速度至少提升 30%，但是是不是可以做的更多，或者这个方案有什么纰漏？
取证为此我们简单的拉取了一下后台数据。发现有以下问题：
URL拼接的参数不同，导致无法命中本地缓存，这样会有重复下载的问题，比如用户头像，用户头像再各个场景重复出现，而且大小不一，会下载多次这样会导致一定的资源浪费。同时由于链接参数各异 cdn命中度不高 不同机型的UI尺寸大小可能不太一致，导致下载的片尺寸会不一样，机型种类越多，拼接的尺寸情况也越多，服务端需要重复裁剪。 质量参数由上层业务自行决定，会导致不同端没有约定好，下载到各式各样的图片
解决手段
URL 参数标准化 所谓的标准化是规范大前端使用的参数拼接，分为顺序标准化，参数值拟合。我们知道一个下载图片的URL链接 http://path?imageView=1&enlarge=1&quality=80&thumbnail=80x80&type=webp。
其中参数我们按首字母排序，这样在参数要求一致的情况下，不会出现重复请求。 thumbnail 参数其实对应的是需要下载的图片大小，我们做拟合（根据后端统计的到的数据），分成多档（档位可以配置），按照宽边对其等比例缩放，这样可以尽可能少的避免机型屏幕差一点点，出现了其他size的case。 quality也同样分级，分成多档（档位可以配置）。 去重，参数可能多拼接，对冗余参数去重复
本地大小图片重用 简单理解是本地有大图，取小图的时候无需额外网络请求，直接本地裁剪。我们优化了读取本地缓存的逻辑，在取缓存的时候，我们会进行关联查找，找到可用的图片进行裁剪，直接返回。具体规则如下：
不同裁剪参数可以转化，x，z裁剪参数可以转为y，y不可以转x，z。都可以转为相同的裁剪参数。其中x（内缩略）,y（裁剪缩略）,z（外缩略）的含义在本篇文档中有[2]，代表着不同的填充模式。 质量高的图片可以复用为质量低的图片，质量低的图片不可以复用为质量高的图片
iOS 代码实现
说完了方案之后，我们可以上代码了，这里是 iOS的实现方案：
首先我们是基于SDWebImage进行一定的封装，先简单了解下SDWebImage中大概的流程。
从图中我们可以看出，下载图片主要是使用了imageLoader，查找缓存这里是用了imageCache，这两个都在manager中被管理
改造流程
我们只需要在数据流转的最开始对URL进行Fix，同时在查找缓存的时候对图片增加额外查找即可。
URL FIX
我们给URL增加一个分类，对URL进行一个fix操作，方案就是用系统提供的 NSURLComponts对齐进行操作，提取出他的参数，进行去重，标准化，同时我们有一些历史原因，一些老的参数将其转为正确的格式，最后一步进行排序，fix流程就完成了。
- (NSURL *)demo_fixImageURL {
NSURLComponts *componts = [NSURLComponts compontsWithURL:self
resolvingAgainstBaseURL:YES];
NSMutableArray<NSURLQueryItem *> *queryItems = componts.queryItems.mutableCopy;
... 从URL取出 NSURLQueryItem 省略一些代码
if (qualityItem) {
//quality 拟合， 将质量参数分为几档
NSString *defaultQualityStr = @"39,69,89";
//这里是伪代码，就是为了获取配置信息
NSArray<NSString *> *qualityLevel = CustomConfigQualityLevels;
//固定 4档
if (qualityLevel.count == 3) {
NSInteger quality = [qualityItem.value intValue];
NSString *fixQuality = @"";
if (quality <= [[qualityLevel _objectAtIndex:0] intValue]) {
fixQuality = [@(ImageQualityLevelLow) stringValue];
} else if (quality <= [[qualityLevel _objectAtIndex:1] intValue]) {
fixQuality = [@(ImageQualityLevelMed) stringValue];
} else if (quality <= [[qualityLevel _objectAtIndex:2] intValue]) {
fixQuality = [@(ImageQualityLevelHigh) stringValue];
} else {
fixQuality = [@(ImageQualityLevelOrigin) stringValue];
}
NSURLQueryItem *fixQualityItem = [[NSURLQueryItem alloc] initWithName:@"quality" value:fixQuality];
[queryItems removeObject:qualityItem];
[queryItems addObject:fixQualityItem];
}
}
if (sizeItem) {
//size 按照宽边拟合 分为几档且 等比缩放
NSString *defaultSizeStr = @"30,60,90,120,180,256,315,512,720,1024";
//这里是伪代码 就是为了获取配置信息
NSArray<NSString *> *sizeLevels = CustomConfigSizeLevels;
NSString *originSizeStr = sizeItem.value;
CGSize originSize = CGSizeZero;
NSString *separatedStr = nil;
for (NSString *separated in @[@"x", @"z", @"y"]) {
NSArray *sizeList = [originSizeStr compontsSeparatedByString:separated];
if (sizeList.count == 2) {
originSize = CGSizeMake([sizeList[0] intValue], [sizeList[1] intValue]);
separatedStr = separated;
break;
}
}
CGSize finalSize = CGSizeZero;
if (!CGSizeEqualToSize(originSize, CGSizeZero)) {
BOOL isW = originSize.width > originSize.height;
NSInteger len = isW ? originSize.width : originSize.height;
NSInteger requestSize = 0;
for (NSString *sizeLevel in sizeLevels) {
NSInteger sizeNumber = [sizeLevel integerValue];
if (sizeNumber >= len) {
if (requestSize == 0) {
requestSize = sizeNumber;
} else {
requestSize = MIN(requestSize, sizeNumber);
}
}
}
if (isW) {
if (originSize.width != 0) {
NSInteger h = (requestSize / (originSize.width * 1.f)) * originSize.height;
finalSize = CGSizeMake(requestSize, floor(h));
}
} else {
if (originSize.height != 0) {
NSInteger w = (requestSize / (originSize.height * 1.f)) * originSize.width;
finalSize = CGSizeMake(w, floor(requestSize));
}
}
}
if (!CGSizeEqualToSize(finalSize, CGSizeZero)) {
NSString *fixSize = [NSString stringWithFormat:@"%ld%@%ld",(NSInteger)finalSize.width, separatedStr, (NSInteger)finalSize.height];
NSURLQueryItem *fixSizeItem = [[NSURLQueryItem alloc] initWithName:@"thumbnail" value:fixSize];
[queryItems removeObject:sizeItem];
[queryItems addObject:fixSizeItem];
}
}
//去重复
NSMutableArray<NSString *> *keys = @[].mutableCopy;
queryItems = [queryItems bk_select:^BOOL(NSURLQueryItem *obj) {
BOOL containsObject = [keys containsObject:obj.name];
[keys addObject:obj.name];
return !containsObject;
}].mutableCopy;
//首字母排序
queryItems = [queryItems sortedArrayUsingComparator:^NSComparisonResult(NSURLQueryItem *obj1, NSURLQueryItem *obj2) {
return [obj1.name compare:obj2.name options:NSCaseInsensitiveSearch];
}].mutableCopy;
//最终组合
componts.queryItems = queryItems.copy;
NSURL *finalURL = componts.URL;
return finalURL;
}
SDWebImageManager
修复了URL之后，下一步要做什么，如何将修复后的URL传递下去呢？也可以从上面的SDWebImage流程中看出，所有的图片下载流程，离不开SDWebImageManager，所以我们继承 SDWebImageManager，重写以下方法
- (SDWebImageCombidOperation *)loadImageWithURL:(nullable NSURL *)url
options:(SDWebImageOptions)options
context:(nullable SDWebImageContext *)context
progress:(nullable SDImageLoaderProgressBlock)progressBlock
completed:(nonnull SDInternalCompletionBlock)completedBlock
后续如果要走修复流程的只需要用我们封装好的manager即可，实现如果下
- (SDWebImageCombidOperation *)loadImageWithURL:(nullable NSURL *)url
options:(SDWebImageOptions)options
context:(nullable SDWebImageContext *)context
progress:(nullable SDImageLoaderProgressBlock)progressBlock
completed:(nonnull SDInternalCompletionBlock)completedBlock
corp:(BOOL)corp {
NSURL *fixURL = [self.class fixURLWithUrl:url];
SDInternalCompletionBlock fixBlock = completedBlock;
if (![fixURL.absoluteString isEqualToString:url.absoluteString] && corp) {
fixBlock = [self.class fixcompletedBlockWithOriginCompletedBlock:completedBlock url:url];
}
return [super loadImageWithURL:fixURL options:options context:context progress:progressBlock completed:^void(UIImage * _Nullable image, NSData * _Nullable data, NSError * _Nullable error, SDImageCacheType cacheType, BOOL finished, NSURL * _Nullable imageURL) {
if (fixBlock) {
fixBlock(image,data,error,cacheType,finished,imageURL);
}
}];
}
细心的同学可以发现我们增加了一个参数 corp,如果上层业务就是需要按照他传入的大小来的话，我们做一层裁剪缩放操作。具体操作放在了fixBlock中。默认是不进行fix的，因为本身nos服务器下发的图片也不一定是业务传入希望的尺寸。
fixblock 核心的代码是用了sd_webimage自带的裁剪
cutImage = [image sd_resizedImageWithSize:requestSize scaleMode:[urlInfo.cropStr isEqualToString:@"x"] ? SDImageScaleModeAspectFit : SDImageScaleModeAspectFill];
代码到这里基本fixURL操作基本完成，但是如果需要兼容老的缓存（本地已经有的，而且永久缓存（特殊case），但是线上已经下架的资源图片的），在fixblock中，我们在加载失败的情况下，用老的URL捞了一次本地缓存。
[[self sharedManager] loadImageWithURL:url options:options | SDWebImageFromCacheOnly context:mutContext.copy progress:nil completed:completedBlock];
注意：已经fix过的URL不会再fix，是否是永久缓存是通过imageCache区分的
SDWebImageFromCacheOnly 表示只从缓存了读取，避免了重复发请求的问题。
imageCache
上面说到要实现复用，需要修改imageCache，这里不得不提以下SDWebImage找到缓存的流程
从图中可以看出，URL需要转为cacheKey，然后再从内存或者磁盘中捞出缓存。那么我们如何改造呢，因为我们需要通过URL找到本地可以重用的图片
cacheKey需要保留一定规则，通过cache可以看到原始URL的一些东西。所以我们cachekey是这么生成的
+ (NSString *)cacheKeyForURL:(NSURL *)url {
NSURL *wUrl = url;
NSString *host = wUrl.host;
NSString *absoluteString = wUrl.absoluteString;
if (!host)
{
return absoluteString;
}
NSRange hostRange = [absoluteString rangeOfString:host];
if (hostRange.location + hostRange.length < absoluteString.length)
{
NSString *subString = [absoluteString substringFromIndex:hostRange.location + hostRange.length];
if (subString.length != 0)
{
return subString;
}
}
return absoluteString;
}
简而言之，就是去掉host，保留剩余的参数。ps：因为fixURL去过请求参数重复，所以cacheKey也能同一张图片保证唯一。
那通过URL怎么找到本地的其他图片呢，如何关联上呢？
可以通过path，再查找关联的cachekey，然后找到对应的图片
找到图片后，选择出一张可以使用的，对其进行裁剪操作，流程如下：
我们这里对缓存的图片信息封装了一个对象，注意 会用数据库持久化 ImageCacheKeyAndURLObject数组,他的key是请求URL链接中的 path，注意数据库有上限大小，同时会在适当的时机清理（如图片缓存过期等）
下面是封装持久化的对象
@interface WebImageCacheImageInfo : NSObject
@property (nonatomic) BOOL isAnimation;
@property (nonatomic) CGFloat sizeW;
@property (nonatomic) CGFloat sizeH;
- (CGSize)size;
@end
@interface WebImageURLInfo : NSObject
@property (nonatomic) CGSize requestSize;
@property (nonatomic) NSString *cropStr;
@property (nonatomic) NSInteger quality;
@property (nonatomic) NSInteger enlarge;
@end
@interface WebImageCacheKeyAndURLObject : NSObject<NMModel>
@property (nonatomic, readonly) NSString *path;
@property (nonatomic) NSString *cacheKey;
@property (nonatomic, nullable) NSURL *url;
@property (nonatomic, nullable) WebImageCacheImageInfo *imageInfo;
- (NSArray<WebImageCacheKeyAndURLObject *> *)relationObjects;
- (nullable WebImageCacheKeyAndURLObject *)canReuseObject;
- (WebImageURLInfo *)urlInfo;
- (void)storeImage:(UIImage *)image;
- (void)remove;
@end
如何存储图片信息呢
- (void)storeImage:(UIImage *)image {
if (self.path.length == 0) {
return;
}
BOOL isAniamtion = image.sd_isAnimated;
CGSize size = image.size;
if (image) {
_imageInfo = [WebImageCacheImageInfo new];
_imageInfo.sizeH = size.height;
_imageInfo.sizeW = size.width;
_imageInfo.isAnimation = isAniamtion;
}
NSMutableArray<WebImageCacheKeyAndURLObject *> *items = [[self searchfromDBUsePath:self.path] mutableCopy];
if (items.count == 0) {
items = @[].mutableCopy;
}
if ([items containsObject:self]) {
[items removeObject:self];
}
[items addObject:self];
[self saveDBForPath:self.path item:items];
}
如何判断图片是否可以复用呢？
- (WebImageCacheKeyAndURLObject *)canReuseObject {
WebImageURLInfo *info = self.urlInfo;
if (CGSizeEqualToSize(CGSizeZero, info.requestSize)) {
return nil;
}
NSArray<WebImageCacheKeyAndURLObject *> *relationObjects = [self relationObjects];
// 非动图 尺寸非0
relationObjects = [relationObjects bk_select:^BOOL(WebImageCacheKeyAndURLObject *obj) {
return !obj.imageInfo.isAnimation && obj.imageInfo.size.width > 0 && obj.imageInfo.size.height > 0;
}];
@weakify(self)
relationObjects = [relationObjects bk_select:^BOOL(WebImageCacheKeyAndURLObject *obj) {
@strongify(self)
return ![obj.cacheKey isEqualToString:self.cacheKey];
}];
// 质量大于请求的图
relationObjects = [relationObjects bk_select:^BOOL(WebImageCacheKeyAndURLObject *obj) {
WebImageURLInfo *objInfo = obj.urlInfo;
NSInteger quality = objInfo.quality == 0 ? 75 : objInfo.quality;
NSInteger requestQuality = info.quality == 0 ? 75 : info.quality;
return quality >= requestQuality;
}];
//缩放能支持的
NSArray<WebImageCacheKeyAndURLObject *> *canUses = nil;
if ([info.cropStr isEqualToString:@"x"] || [info.cropStr isEqualToString:@"z"]) {
canUses = [relationObjects bk_select:^BOOL(WebImageCacheKeyAndURLObject *obj) {
WebImageURLInfo *objInfo = obj.urlInfo;
if ([objInfo.cropStr isEqualToString:@"x"] || [objInfo.cropStr isEqualToString:@"z"]) {
CGSize displaySize = WebImageDisplaySizeForImageSizeContentSizeContentMode(obj.imageInfo.size, info.requestSize, [info.cropStr isEqualToString:@"x"] ? UIViewContentModeScaleAspectFit : UIViewContentModeScaleAspectFill);
CGFloat p = 0;
if (info.requestSize.width > 0) {
p = displaySize.width / obj.imageInfo.size.width;
} else {
p = displaySize.height / obj.imageInfo.size.height;
}
return p <= 1;
} else {
// y 不可以转z/x
return NO;
}
}];
} else if ([info.cropStr isEqualToString:@"y"]) {
canUses = [relationObjects bk_select:^BOOL(WebImageCacheKeyAndURLObject *obj) {
WebImageURLInfo *objInfo = obj.urlInfo;
if ([objInfo.cropStr isEqualToString:@"x"] || [objInfo.cropStr isEqualToString:@"z"]) {
CGSize displaySize = WebImageDisplaySizeForImageSizeContentSizeContentMode(obj.imageInfo.size, info.requestSize, UIViewContentModeScaleAspectFill);
CGFloat p = 0;
if (info.requestSize.width > 0) {
p = displaySize.width / obj.imageInfo.size.width;
} else {
p = displaySize.height / obj.imageInfo.size.height;
}
return p <= 1;
} else if ([objInfo.cropStr isEqualToString:@"y"]) {
return (obj.imageInfo.size.width >= info.requestSize.width && obj.imageInfo.size.height >= info.requestSize.height);
}
return NO;
}];
}
return canUses.firstObject;
}
要过滤动图，因为动图本地裁剪比较难处理，而且占比不高，所以这里先忽略他，WebImageCacheKeyAndURLObject记录了cacheKey等一些关联信息，核心还记录了实际缓存的图片尺寸。方便查询。WebImageDisplaySizeForImageSizeContentSizeContentMode就是传入图片大小，容器大小，填充模式计算出缩放后的图片大小。
关联关系有了，再什么时机去查找呢？我们继承SDImageCache，重写了他
- (nullable NSData *)diskImageDataBySearchingAllPathsForKey:(nullable NSString *)key;
这个方法，在找不到data的情况下更进一步查找。找到的关联图片进行裁剪，使用和上面一样的修正方法
- (SDWebImageCombidOperation *)loadImageWithURL:(nullable NSURL *)url
options:(SDWebImageOptions)options
context:(nullable SDWebImageContext *)context
progress:(nullable SDImageLoaderProgressBlock)progressBlock
completed:(nonnull SDInternalCompletionBlock)completedBlock
0这里补充下fixsize方法
- (SDWebImageCombidOperation *)loadImageWithURL:(nullable NSURL *)url
options:(SDWebImageOptions)options
context:(nullable SDWebImageContext *)context
progress:(nullable SDImageLoaderProgressBlock)progressBlock
completed:(nonnull SDInternalCompletionBlock)completedBlock
1这样我们就可以得到修复后的图片，流程完成。
UIImageView 及 UIButton 等分类
我们包装一层自己的下载，然后传入我们的manager即可。
- (SDWebImageCombidOperation *)loadImageWithURL:(nullable NSURL *)url
options:(SDWebImageOptions)options
context:(nullable SDWebImageContext *)context
progress:(nullable SDImageLoaderProgressBlock)progressBlock
completed:(nonnull SDInternalCompletionBlock)completedBlock
2额外说一点
CDN命中率和这个资源是否曾经被请求过有关，命中CDN的key又是请求的URL，所以大前端请求都保持一致的规则很重要！这样每一端都可以蹭到其他端预热过的图片资源。
总结
我们核心点就修正了URL改造了SDWebImageManager,SDImageCache,并且建立了CacheKey关联关系，并且兼容一些老逻辑这样本地流程就都算走通了。本文除了常规优化图片的思路外提供了一种新的思路，本地利用已经下载过的大小图做文章，从而起到加速及节流的效果，并取得一定的收益，如果读者也是采用类似拼接url下载图片的方式的话，这种优化方式可以一试。全部做完取得成果具体数值不便展示，大概为提升下载速度 50%，同时能节省一定的 CDN带宽，日均节约至少 10% 。
参考资料
更多信息参考: https://sf.163.com/help/documents/66982522786074624
[2]本篇文档中有: https://sf.163.com/help/documents/66982522786074624
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