iOS中缓存无处不在，从底层的方法缓存到应用层的网络缓存等，缓存的存在，大大提高了应用的运行速度，提升了用户体验。这里讨论一下如何设计一个好的缓存框架。
缓存的数据结构
如果我们仅将缓存中的数据维护在一个链表中， 那么当我们需要从缓存中查找数据时， 就意味着我们需要遍历链表。 这样的设计， 其时间复杂度为O(n)，是一种比较低效率的做法。而哈希表访问数据的时间复杂度为O(1), 另外缓存是以key-value形式保存，用哈希表再好不过了。
缓存淘汰策略
所谓缓存淘汰策略， 就是当缓存满了之后， 又有新数据需要加入内存时， 我们怎么从缓存中为新数据腾出空间的策略。这个权衡的过程就是所谓的缓存淘汰策略。
常见的淘汰算法：FIFO、LFU、LRU.
FIFO算法
FIFO（First in First out），先进先出。在FIFO Cache设计中，核心原则就是：如果一个数据最先进入缓存中，则应该最早淘汰掉。也就是说，当缓存满的时候，应当把最先进入缓存的数据给淘汰掉。
LFU算法
LFU（Least Frequently Used）最近最少使用算法。它是基于“如果一个数据在最近一段时间内使用次数很少，那么在将来一段时间内被使用的可能性也很小”的思路。
注意LFU和LRU算法的不同之处，LRU的淘汰规则是基于访问时间，而LFU是基于访问次数的。
LRU算法
缓存策略一般采用LRU算法。LRU, Least Recently Used的简写， 即近期最少使用算法。 该算法依据与程序的局部性原理， 其淘汰旧数据的策略是， 距离当前最久没有被访问过的数据应该被淘汰。
举个简单的例子：
假设缓存大小为3，数据访问序列为set(2,2),set(1,1),get(2),get(1),get(2),set(3,3),set(4,4)，
则在set(4,4)时对于LFU算法应该淘汰(3,3)，而LRU应该淘汰(1,1)，FIFO应该淘汰（2，2）。
实现思路
用哈希表存储key-value键值对, 为了解决冲突，采用链地址法。为了实现LRU算法，还使用了双向链表将哈希表中的元素”串起来”，最新插入和最近访问的元素被插入或者移动到链表头部，这样当元素总量或者元素的总cost达到阈值时，从链表尾部开始删除元素（淘汰）。原理图如下：
二级缓存设计
缓存通常采用二级缓存设计。内存缓存是临时的、可以高速访问的，如果内存缓存没命中需要的数据，则需要在磁盘缓存中查找，若还未命中，则进行网络请求。
下面谈谈iOS自带的有缓存功能的类。
NSURLCache
NSURLCache专门用于对iOS中的网络请求进行缓存，使用起来十分简单。NSURLCache工作原理如下：
NSURLCache内部一个NSURLRequest对应一个NSCachedURLResponse，缓存的数据都保存到数据库中，对于大文件如视频、音频文件，以文件的形式另外保存。
NSURLCache的常见用法
（1）获得全局缓存对象
NSURLCache *cache = [NSURLCache sharedURLCache];
（2）设置内存缓存的最大容量（字节为单位，默认为512KB）
- (void)setMemoryCapacity:(NSUInteger)memoryCapacity;
（3）设置硬盘缓存的最大容量（字节为单位，默认为10M）
- (void)setDiskCapacity:(NSUInteger)diskCapacity;
（4）硬盘缓存的位置：
沙盒/Library/Caches
（5）取得某个请求的缓存
- (NSCachedURLResponse *)cachedResponseForRequest:(NSURLRequest *)request;
（6）清除某个请求的缓存
- (void)removeCachedResponseForRequest:(NSURLRequest *)request;
（7）清除所有的缓存
- (void)removeAllCachedResponses;
缓存策略
iOS对NSURLRequest提供了7种缓存策略：
NSURLRequestUseProtocolCachePolicy // 默认的缓存策略（取决于协议）
NSURLRequestReloadIgnoringLocalCacheData // 忽略缓存，重新请求
NSURLRequestReloadIgnoringLocalAndRemoteCacheData // 未实现
NSURLRequestReloadIgnoringCacheData = NSURLRequestReloadIgnoringLocalCacheData // 忽略缓存，重新请求
NSURLRequestReturnCacheDataElseLoad// 有缓存就用缓存，没有缓存就重新请求
NSURLRequestReturnCacheDataDontLoad// 有缓存就用缓存，没有缓存就不发请求，当做请求出错处理（用于离线模式）
NSURLRequestReloadRevalidatingCacheData // 未实现
对于更新频率较高的资源不建议使用缓存，同时，缓存要定时清理以免占用太多磁盘空间。
使用示例
下面用NSURLCache来缓存MP4文件：
- (BOOL)application:(UIApplication *)application didFinishLaunchingWithOptions:(NSDictionary *)launchOptions {
// 1. 设置 NSURLCache 2MB内存、100MB磁盘空间
NSURLCache *sharedCache = [[NSURLCache alloc] initWithMemoryCapacity:2 * 1024 * 1024 diskCapacity:100 * 1024 * 1024 diskPath:nil]; [NSURLCache setSharedURLCache:sharedCache];
// 2.创建请求
NSURL *url = [NSURL URLWithString:@"https://video.ubtrobot.com/jimu/post/180616131624932685.mp4"];
NSMutableURLRequest *request = [NSMutableURLRequest requestWithURL:url];
_request = request;
// 3.设置缓存策略(有缓存就用缓存，没有缓存就重新请求)
request.cachePolicy = NSURLRequestReturnCacheDataElseLoad;
// 4.发送请求
NSURLSession *session = [NSURLSession sessionWithConfiguration:NSURLSessionConfiguration.defaultSessionConfiguration];
_session = session;
NSURLSessionDataTask *dataTask = [session dataTaskWithRequest:request completionHandler:^(NSData * _Nullable data, NSURLResponse * _Nullable response, NSError * _Nullable error) {
if (data) {
NSLog(@"data.length === %lu", data.length);
}
}];
_dataTask = dataTask;
[dataTask resume];
return YES;
}
首次联网之后启动APP，视频文件会被缓存下来。使用一些代码获取缓存数据。
NSCachedURLResponse *response = [[NSURLCache sharedURLCache] cachedResponseForRequest:request];
if (response) {
NSLog(@"---这个请求已经存在缓存---");
if (response.data) {
NSLog(@"%@----%li", response.response.URL, response.data.length);
// 这里可以进行视频播放
}
} else {
NSLog(@"---这个请求没有缓存---");
}
注意： 启动的时候设置缓存为更大的容量十分重要，使用默认的你会发现无法缓存视频文件。
缓存下来的文件如下图所示：
更多NSURLCache内容参考：这里
NSCache
NSCache是专门用来处理内存缓存的类，使用方法跟NSMutableDictionary类似，但却又有很大的不同：
1. NSMutableDictionary会对key进行copy，value retain, NSCache不会对key进行copy，所以NSMutableDictionary的key要遵守NSCopy协议。
2. NSCache线程安全, NSMutableDictionary非线程安全。
3. NSCache有对象淘汰策略，通过在存值的时候指定cost,当总cost或者key-value个数达到limit时，会进行对象释放（非LRU算法）。这种淘汰策略在没收到内存警告是也会执行，从而降低内存峰值（minimizing its memory footprint）。
4. Retrieving something from an NSCache object returns an autoreleased result.
NSCache官方实现戳这里
YYCache
可以参考这篇解析YYCache实现原理的文章