第2章 缓存类型与适用场景：内存缓存、磁盘缓存、网络缓存、二级缓存、三级缓存的选择原则

主线程缓存读写防 ANR 的核心挑战在于：在微秒级响应窗口内，选对数据源。不同缓存类型在延迟、容量、持久性和一致性上差异巨大，选错类型会导致主线程卡顿甚至 ANR。本章逐一拆解 5 种缓存类型的内部原理、适用边界，并给出可量化的选择原则。

2.1 缓存类型全景

从主线程视角看，缓存本质是用空间换时间的数据副本。按存储介质与访问路径，分为三个基础类型和两个组合类型：

2.2 内存缓存（Memory Cache）

原理：数据以对象引用形式驻留在应用进程堆或 Native 堆中，主线程通过指针直接读取，无 I/O 调度开销。

实现流程：

1. 确定缓存容量（通常取 Runtime.maxMemory() 的 1/8）
2. 实现淘汰策略（LRU、LFU、FIFO）
3. 绑定生命周期（随 Activity/Fragment 或 Application）
4. 读写时加轻量锁或使用并发容器

核心 API 示例（LruCache）：

// 计算可用内存并分配缓存
int maxMem = (int) (Runtime.getRuntime().maxMemory() / 1024);
int cacheSize = maxMem / 8;

LruCache<String, Bitmap> memCache = new LruCache<String, Bitmap>(cacheSize) {
    @Override
    protected int sizeOf(String key, Bitmap value) {
        return value.getByteCount() / 1024;
    }
};

// 主线程读取（直接返回，无锁竞争）
Bitmap result = memCache.get("avatar_001");
if (result != null) {
    imageView.setImageBitmap(result);
}

适用场景：高频小数据、UI 资源（图标、缩略图）、配置对象。注意：不要在内存缓存中存放超大 Bitmap 或集合，否则触发 GC 导致主线程卡顿。

2.3 磁盘缓存（Disk Cache）

原理：数据序列化后写入闪存文件系统，依赖 File I/O 和系统 Page Cache。主线程直接读磁盘可能因 I/O 调度产生 10~100ms 毛刺。

实现流程：

1. 选择缓存目录（context.getCacheDir() 或自定义路径）
2. 确定最大空间（通常 5~50 MB）
3. 使用 DiskLruCache 或自研文件索引
4. 写操作切到子线程，读操作允许主线程但需超时保护

核心 API 示例（DiskLruCache）：

// 打开磁盘缓存
DiskLruCache diskCache = DiskLruCache.open(
    cacheDir,          // 缓存目录
    1,                 // app 版本号
    1,                 // 每个 key 对应 value 个数
    50 * 1024 * 1024   // 最大 50MB
);

// 主线程读取（需 try-catch 防止 FileNotFoundException）
String key = hashKeyForDisk("avatar_001");
DiskLruCache.Snapshot snapshot = diskCache.get(key);
if (snapshot != null) {
    InputStream in = snapshot.getInputStream(0);
    Bitmap bitmap = BitmapFactory.decodeStream(in);
    // 直接使用 bitmap
    snapshot.close();
}

适用场景：大图片、离线资源、持久化配置。警告：主线程读磁盘必须设超时（如 20ms），超时后降级到异步回调或默认值。

2.4 网络缓存（Network Cache）

原理：依赖 HTTP 缓存头（Cache-Control、ETag）或客户端本地副本，避免重复请求。主线程直接发起网络请求是 ANR 重灾区。

实现流程：

1. 配置 OkHttp / Retrofit 内置缓存
2. 设置缓存目录与最大大小
3. 服务端配合返回 Cache-Control 头
4. 主线程只读缓存副本，网络请求强制切子线程

配置示例（OkHttp 缓存）：

// 构建 OkHttp 客户端时配置缓存
File cacheDir = new File(context.getCacheDir(), "http_cache");
Cache networkCache = new Cache(cacheDir, 10 * 1024 * 1024); // 10MB

OkHttpClient client = new OkHttpClient.Builder()
        .cache(networkCache)
        .connectTimeout(5, TimeUnit.SECONDS)
        .readTimeout(5, TimeUnit.SECONDS)
        .build();

// 主线程获取缓存（仅读本地磁盘缓存副本）
Request request = new Request.Builder()
        .url("https://example.com/avatar_001.png")
        .build();
Response response = client.newCall(request).execute(); // 切勿在主线程调用！

适用场景：API 响应、远程图片、配置文件。硬规则：主线程永远不执行网络请求，只尝试读取磁盘缓存副本；无缓存时立即返回占位并通过异步加载。

2.5 二级缓存与三级缓存组合策略

单一缓存类型无法同时满足速度、容量和持久性，实际工程中采用分层组合：

二级缓存实现骨架：

public class L2Cache<K, V> {
    private final LruCache<K, V> memCache;       // L1
    private final DiskLruCache diskCache;         // L2

    public V get(K key) {
        // 1. 查内存缓存（0.1ms）
        V value = memCache.get(key);
        if (value != null) return value;

        // 2. 查磁盘缓存（10~50ms），回填内存
        String diskKey = key.toString();
        DiskLruCache.Snapshot snap = diskCache.get(diskKey);
        if (snap != null) {
            value = deserialize(snap.getInputStream(0));
            memCache.put(key, value);
            return value;
        }

        // 3. 未命中，返回 null 由调用方决定是否异步加载
        return null;
    }
}

三级缓存读取决策：主线程优先命中 L1，L1 miss 后查 L2（磁盘），L2 miss 后通过异步任务查 L3（网络），网络回写 L2 和 L1。三级缓存是 ANR 防护的最终防线：即使磁盘 I/O 抖动，主线程仍可快速返回 L1 旧数据。

2.6 缓存选择原则与决策矩阵

选择缓存类型时，使用3W1H 决策矩阵量化评估：