Android 异步网络请求框架-Volley

1. 功能介绍

1.1. Volley

Volley 是 Google 推出的 Android 异步网络请求框架和图片加载框架。在 Google I/O 2013 大会上发布。
名字由来：a burst or emission of many things or a large amount at once
发布演讲时候的配图

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Volley 的特点：特别适合数据量小，通信频繁的网络操作。（Android 应用中绝大多数的网络操作都属于这种类型）。

1.2 Volley 的主要特点

(1). 扩展性强。Volley 中大多是基于接口的设计，可配置性强。
(2). 一定程度符合 Http 规范，包括返回 ResponseCode(2xx、3xx、4xx、5xx）的处理，请求头的处理，缓存机制的支持等。并支持重试及优先级定义。
(3). 默认 Android2.3 及以上基于 HttpURLConnection，2.3 以下基于 HttpClient 实现，这两者的区别及优劣在4.2.1 Volley中具体介绍。
(4). 提供简便的图片加载工具。

2. 总体设计

2.1 总体设计图

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上面是 Volley 的总体设计图，主要是通过两种Dispatch Thread不断从RequestQueue中取出请求，根据是否已缓存调用Cache或Network这两类数据获取接口之一，从内存缓存或是服务器取得请求的数据，然后交由ResponseDelivery去做结果分发及回调处理。
2.2 Volley 中的概念
简单介绍一些概念，在详细设计中会仔细介绍。
Volley 的调用比较简单，通过 newRequestQueue(…) 函数新建并启动一个请求队列RequestQueue后，只需要往这个RequestQueue不断 add Request 即可。
Volley：Volley 对外暴露的 API，通过 newRequestQueue(…) 函数新建并启动一个请求队列RequestQueue。
Request：表示一个请求的抽象类。StringRequest、JsonRequest、ImageRequest 都是它的子类，表示某种类型的请求。
RequestQueue：表示请求队列，里面包含一个CacheDispatcher(用于处理走缓存请求的调度线程)、NetworkDispatcher数组(用于处理走网络请求的调度线程)，一个ResponseDelivery(返回结果分发接口)，通过 start() 函数启动时会启动CacheDispatcher和NetworkDispatchers。
CacheDispatcher：一个线程，用于调度处理走缓存的请求。启动后会不断从缓存请求队列中取请求处理，队列为空则等待，请求处理结束则将结果传递给ResponseDelivery去执行后续处理。当结果未缓存过、缓存失效或缓存需要刷新的情况下，该请求都需要重新进入NetworkDispatcher去调度处理。
NetworkDispatcher：一个线程，用于调度处理走网络的请求。启动后会不断从网络请求队列中取请求处理，队列为空则等待，请求处理结束则将结果传递给ResponseDelivery去执行后续处理，并判断结果是否要进行缓存。
ResponseDelivery：返回结果分发接口，目前只有基于ExecutorDelivery的在入参 handler 对应线程内进行分发。
HttpStack：处理 Http 请求，返回请求结果。目前 Volley 中有基于 HttpURLConnection 的HurlStack和 基于 Apache HttpClient 的HttpClientStack。
Network：调用HttpStack处理请求，并将结果转换为可被ResponseDelivery处理的NetworkResponse。
Cache：缓存请求结果，Volley 默认使用的是基于 sdcard 的DiskBasedCache。NetworkDispatcher得到请求结果后判断是否需要存储在 Cache，CacheDispatcher会从 Cache 中取缓存结果。

3. 流程图

Volley 请求流程图：

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4. 详细设计

4.1 类关系图

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这是 Volley 框架的主要类关系图
图中红色圈内的部分，组成了 Volley 框架的核心，围绕 RequestQueue 类，将各个功能点以组合的方式结合在了一起。各个功能点也都是以接口或者抽象类的形式提供。
红色圈外面的部分，在 Volley 源码中放在了 toolbox 包中，作为 Volley 为各个功能点提供的默认的具体实现。
通过类图我们看出， Volley 有着非常好的拓展性。通过各个功能点的接口，我们可以给出自定义的，更符合我们需求的具体实现。

4.2 核心类功能介绍

4.2.1 Volley.java

这个和 Volley 框架同名的类，其实是个工具类，作用是构建一个可用于添加网络请求的RequestQueue对象。
(1). 主要函数
Volley.java 有两个重载的静态方法。
public static RequestQueue newRequestQueue(Context context)

public static RequestQueue newRequestQueue(Context context, HttpStack stack)
第一个方法的实现调用了第二个方法，传 HttpStack 参数为 null。
第二个方法中，如果 HttpStatck 参数为 null，则如果系统在 Gingerbread 及之后(即 API Level >= 9)，采用基于 HttpURLConnection 的 HurlStack，如果小于 9，采用基于 HttpClient 的 HttpClientStack。

if (stack == null) {
    if (Build.VERSION.SDK_INT >= 9) {
        stack = new HurlStack();
    } else {
        stack = new HttpClientStack(AndroidHttpClient.newInstance(userAgent));
    }
}

得到了 HttpStack,然后通过它构造一个代表网络（Network）的具体实现BasicNetwork。
接着构造一个代表缓存（Cache）的基于 Disk 的具体实现DiskBasedCache。
最后将网络（Network）对象和缓存（Cache）对象传入构建一个 RequestQueue，启动这个 RequestQueue，并返回。

Network network = new BasicNetwork(stack);
RequestQueue queue = new RequestQueue(new DiskBasedCache(cacheDir), network);
queue.start();
return queue;

我们平时大多采用Volly.newRequestQueue(context)的默认实现，构建 RequestQueue。
通过源码可以看出，我们可以抛开 Volley 工具类构建自定义的 RequestQueue，采用自定义的HttpStatck，采用自定义的Network实现，采用自定义的 Cache 实现等来构建RequestQueue。

(2). HttpURLConnection 和 AndroidHttpClient(HttpClient 的封装)如何选择及原因：
在 Froyo(2.2) 之前，HttpURLConnection 有个重大 Bug，调用 close() 函数会影响连接池，导致连接复用失效，所以在 Froyo 之前使用 HttpURLConnection 需要关闭 keepAlive。
另外在 Gingerbread(2.3) HttpURLConnection 默认开启了 gzip 压缩，提高了 HTTPS 的性能，Ice Cream Sandwich(4.0) HttpURLConnection 支持了请求结果缓存。
再加上 HttpURLConnection 本身 API 相对简单，所以对 Android 来说，在 2.3 之后建议使用 HttpURLConnection，之前建议使用 AndroidHttpClient。

4.2.2 Request.java

代表一个网络请求的抽象类。我们通过构建一个Request类的非抽象子类(StringRequest、JsonRequest、ImageRequest 或自定义)对象，并将其加入到•RequestQueue•中来完成一次网络请求操作。
Volley 支持 8 种 Http 请求方式 GET, POST, PUT, DELETE, HEAD, OPTIONS, TRACE, PATCH
Request 类中包含了请求 url，请求请求方式，请求 Header，请求 Body，请求的优先级等信息。
因为是抽象类，子类必须重写的两个方法。
abstract protected Response<T> parseNetworkResponse(NetworkResponse response);
子类重写此方法，将网络返回的原生字节内容，转换成合适的类型。此方法会在工作线程中被调用。
abstract protected void deliverResponse(T response);
子类重写此方法，将解析成合适类型的内容传递给它们的监听回调。
以下两个方法也经常会被重写

public byte[] getBody()

重写此方法，可以构建用于 POST、PUT、PATCH 请求方式的 Body 内容。
protected Map<String, String> getParams()
在上面getBody函数没有被重写情况下，此方法的返回值会被 key、value 分别编码后拼装起来转换为字节码作为 Body 内容。

4.2.3 RequestQueue.java

Volley 框架的核心类，将请求 Request 加入到一个运行的RequestQueue中，来完成请求操作。
(1). 主要成员变量
RequestQueue 中维护了两个基于优先级的 Request 队列，缓存请求队列和网络请求队列。
放在缓存请求队列中的 Request，将通过缓存获取数据；放在网络请求队列中的 Request，将通过网络获取数据。

private final PriorityBlockingQueue<Request<?>> mCacheQueue = new PriorityBlockingQueue<Request<?>>();
private final PriorityBlockingQueue<Request<?>> mNetworkQueue = new PriorityBlockingQueue<Request<?>>();

维护了一个正在进行中，尚未完成的请求集合。

private final Set<Request<?>> mCurrentRequests = new HashSet<Request<?>>();

维护了一个等待请求的集合，如果一个请求正在被处理并且可以被缓存，后续的相同 url 的请求，将进入此等待队列。

private final Map<String, Queue<Request<?>>> mWaitingRequests = new HashMap<String, Queue<Request<?>>>();

(2). 启动队列
创建出 RequestQueue 以后，调用 start 方法，启动队列。

/**
 * Starts the dispatchers in this queue.
 */
public void start() {
    stop();  // Make sure any currently running dispatchers are stopped.
    // Create the cache dispatcher and start it.
    mCacheDispatcher = new CacheDispatcher(mCacheQueue, mNetworkQueue, mCache, mDelivery);
    mCacheDispatcher.start();

    // Create network dispatchers (and corresponding threads) up to the pool size.
    for (int i = 0; i < mDispatchers.length; i++) {
        NetworkDispatcher networkDispatcher = new NetworkDispatcher(mNetworkQueue, mNetwork,
                mCache, mDelivery);
        mDispatchers[i] = networkDispatcher;
        networkDispatcher.start();
    }
}

start 方法中，开启一个缓存调度线程CacheDispatcher和 n 个网络调度线程NetworkDispatcher，这里 n 默认为 4，存在优化的余地，比如可以根据 CPU 核数以及网络类型计算更合适的并发数。
缓存调度线程不断的从缓存请求队列中取出 Request 去处理，网络调度线程不断的从网络请求队列中取出 Request 去处理。
(3). 加入请求

public <T> Request<T> add(Request<T> request);

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流程图如下：

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(4). 请求完成

void finish(Request<?> request)

Request 请求结束:

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(1). 首先从正在进行中请求集合mCurrentRequests中移除该请求。
(2). 然后查找请求等待集合mWaitingRequests中是否存在等待的请求，如果存在，则将等待队列移除，并将等待队列所有的请求添加到缓存请求队列中，让缓存请求处理线程CacheDispatcher自动处理。
(5). 请求取消

public void cancelAll(RequestFilter filter)
public void cancelAll(final Object tag)

取消当前请求集合中所有符合条件的请求。
filter 参数表示可以按照自定义的过滤器过滤需要取消的请求。
tag 表示按照Request.setTag设置好的 tag 取消请求，比如同属于某个 Activity 的。

4.2.4 CacheDispatcher.java

一个线程，用于调度处理走缓存的请求。启动后会不断从缓存请求队列中取请求处理，队列为空则等待，请求处理结束则将结果传递给ResponseDelivery 去执行后续处理。当结果未缓存过、缓存失效或缓存需要刷新的情况下，该请求都需要重新进入NetworkDispatcher去调度处理。
(1). 成员变量

BlockingQueue<Request<?>> mCacheQueue 缓存请求队列
BlockingQueue<Request<?>> mNetworkQueue 网络请求队列
Cache mCache 缓存类，代表了一个可以获取请求结果，存储请求结果的缓存
ResponseDelivery mDelivery 请求结果传递类

(2). 处理流程图

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4.2.5 NetworkDispatcher.java

一个线程，用于调度处理走网络的请求。启动后会不断从网络请求队列中取请求处理，队列为空则等待，请求处理结束则将结果传递给 ResponseDelivery 去执行后续处理，并判断结果是否要进行缓存。
(1). 成员变量

BlockingQueue<Request<?>> mQueue 网络请求队列
Network mNetwork 网络类，代表了一个可以执行请求的网络
Cache mCache 缓存类，代表了一个可以获取请求结果，存储请求结果的缓存
ResponseDelivery mDelivery 请求结果传递类，可以传递请求的结果或者错误到调用者

(2). 处理流程图

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4.2.6 Cache.java

缓存接口，代表了一个可以获取请求结果，存储请求结果的缓存。
(1). 主要方法：

public Entry get(String key); 通过 key 获取请求的缓存实体
public void put(String key, Entry entry); 存入一个请求的缓存实体
public void remove(String key); 移除指定的缓存实体
public void clear(); 清空缓存

(2). 代表缓存实体的内部类 Entry
成员变量和方法

byte[] data 请求返回的数据（Body 实体）
String etag Http 响应首部中用于缓存新鲜度验证的 ETag
long serverDate Http 响应首部中的响应产生时间
long ttl 缓存的过期时间
long softTtl 缓存的新鲜时间
Map<String, String> responseHeaders 响应的 Headers
boolean isExpired() 判断缓存是否过期，过期缓存不能继续使用
boolean refreshNeeded() 判断缓存是否新鲜，不新鲜的缓存需要发到服务端做新鲜度的检测

4.2.7 DiskBasedCache.java

继承 Cache 类，基于 Disk 的缓存实现类。
(1). 主要方法：

public synchronized void initialize() 初始化，扫描缓存目录得到所有缓存数据摘要信息放入内存。
public synchronized Entry get(String key) 从缓存中得到数据。先从摘要信息中得到摘要信息，然后读取缓存数据文件得到内容。
public synchronized void put(String key, Entry entry) 将数据存入缓存内。先检查缓存是否会满，会则先删除缓存中部分数据，然后再新建缓存文件。
private void pruneIfNeeded(int neededSpace) 检查是否能再分配 neededSpace 字节的空间，如果不能则删除缓存中部分数据。
public synchronized void clear() 清空缓存。 public synchronized void remove(String key) 删除缓存中某个元素。

(2). CacheHeader 类
CacheHeader 是缓存文件摘要信息，存储在缓存文件的头部，与上面的Cache.Entry相似。

4.2.8 NoCache.java

继承 Cache 类，不做任何操作的缓存实现类，可将它作为构建RequestQueue的参数以实现一个不带缓存的请求队列。

4.2.9 Network.java

代表网络的接口，处理网络请求。
唯一的方法，用于执行特定请求。

public NetworkResponse performRequest(Request<?> request) throws VolleyError;

4.2.10 NetworkResponse.java

Network中方法 performRequest 的返回值，Request的 parseNetworkResponse(…) 方法入参，是 Volley 中用于内部 Response 转换的一级。
封装了网络请求响应的 StatusCode，Headers 和 Body 等。
(1). 成员变量

int statusCode Http 响应状态码
byte[] data Body 数据
Map<String, String> headers 响应 Headers
boolean notModified 表示是否为 304 响应
long networkTimeMs 请求耗时

(2). Volley 的内部 Response 转换流程图

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从上到下表示从得到数据后一步步的处理，箭头旁的注释表示该步处理后的实体类。

4.2.11 BasicNetwork.java

实现 Network，Volley 中默认的网络接口实现类。调用HttpStack处理请求，并将结果转换为可被ResponseDelivery处理的NetworkResponse。
主要实现了以下功能：
(1). 利用 HttpStack 执行网络请求。
(2). 如果 Request 中带有实体信息，如 Etag,Last-Modify 等，则进行缓存新鲜度的验证，并处理 304（Not Modify）响应。
(3). 如果发生超时，认证失败等错误，进行重试操作，直到成功、抛出异常(不满足重试策略等)结束。

4.2.12 HttpStack.java

用于处理 Http 请求，返回请求结果的接口。目前 Volley 中的实现有基于 HttpURLConnection 的 HurlStack 和 基于 Apache HttpClient 的 HttpClientStack。
唯一方法，执行请求

public HttpResponse performRequest(Request<?> request, Map<String, String> additionalHeaders)
        throws IOException, AuthFailureError;

执行 Request 代表的请求，第二个参数表示发起请求之前，添加额外的请求 Headers。

4.2.13 HttpClientStack.java

实现 HttpStack 接口，利用 Apache 的 HttpClient 进行各种请求方式的请求。
基本就是 org.apache.http 包下面相关类的常见用法，不做详解，不过与下面 HttpURLConnection 做下对比就能发现 HttpURLConnection 的 API 相对简单的多。

4.2.14 HurlStack.java

实现 HttpStack 接口，利用 Java 的 HttpURLConnection 进行各种请求方式的请求。

4.2.15 Response.java

封装了经过解析后的数据，用于传输。并且有两个内部接口 Listener 和 ErrorListener 分别可表示请求失败和成功后的回调。
Response 的构造函数被私有化，而通过两个函数名更易懂的静态方法构建对象。

4.2.16 ByteArrayPool.java

byte[] 的回收池，用于 byte[] 的回收再利用，减少了内存的分配和回收。 主要通过一个元素长度从小到大排序的ArrayList作为 byte[] 的缓存，另有一个按使用时间先后排序的ArrayList属性用于缓存满时清理元素。

public synchronized void returnBuf(byte[] buf)

将用过的 byte[] 回收，根据 byte[] 长度按照从小到大的排序将 byte[] 插入到缓存中合适位置。

public synchronized byte[] getBuf(int len)

获取长度不小于 len 的 byte[]，遍历缓存，找出第一个长度大于传入参数len的 byte[]，并返回；如果最终没有合适的 byte[]，new 一个返回。

private synchronized void trim()

当缓存的 byte 超过预先设置的大小时，按照先进先出的顺序删除最早的 byte[]。

4.2.17 PoolingByteArrayOutputStream.java

继承 ByteArrayOutputStream，原始 ByteArrayOutputStream 中用于接受写入 bytes 的 buf，每次空间不足时便会 new 更大容量的 byte[]，而 PoolingByteArrayOutputStream 使用了 ByteArrayPool 作为 Byte[] 缓存来减少这种操作，从而提高性能。

4.2.18 HttpHeaderParser.java

Http header 的解析工具类，在 Volley 中主要作用是用于解析 Header 从而判断返回结果是否需要缓存，如果需要返回 Header 中相关信息。
有三个方法

public static long parseDateAsEpoch(String dateStr)
解析时间，将 RFC1123 的时间格式，解析成 epoch 时间
public static String parseCharset(Map<String, String> headers)
解析编码集，在 Content-Type 首部中获取编码集，如果没有找到，默认返回 ISO-8859-1
public static Cache.Entry parseCacheHeaders(NetworkResponse response)
比较重要的方法，通过网络响应中的缓存控制 Header 和 Body 内容，构建缓存实体。如果 Header 的 Cache-Control 字段含有no-cache或no-store表示不缓存，返回 null。

(1). 根据 Date 首部，获取响应生成时间
(2). 根据 ETag 首部，获取响应实体标签
(3). 根据 Cache－Control 和 Expires 首部，计算出缓存的过期时间，和缓存的新鲜度时间
两点需要说明下：
1.没有处理Last-Modify首部，而是处理存储了Date首部，并在后续的新鲜度验证时，使用Date来构建If-Modified-Since。 这与 Http 1.1 的语义有些违背。
2.计算过期时间，Cache－Control 首部优先于 Expires 首部。

4.2.19 RetryPolicy.java

重试策略接口
有三个方法：

public int getCurrentTimeout();
获取当前请求用时（用于 Log）
public int getCurrentRetryCount();
获取已经重试的次数（用于 Log）
public void retry(VolleyError error) throws VolleyError;
确定是否重试，参数为这次异常的具体信息。在请求异常时此接口会被调用，可在此函数实现中抛出传入的异常表示停止重试。

4.2.20 DefaultRetryPolicy.java

实现 RetryPolicy，Volley 默认的重试策略实现类。主要通过在 retry(…) 函数中判断重试次数是否达到上限确定是否继续重试。
其中mCurrentRetryCount变量表示已经重试次数。
mBackoffMultiplier表示每次重试之前的 timeout 该乘以的因子。
mCurrentTimeoutMs变量表示当前重试的 timeout 时间，会以mBackoffMultiplier作为因子累计前几次重试的 timeout。

4.2.21 ResponseDelivery.java

请求结果的传输接口，用于传递请求结果或者请求错误。
有三个方法：

public void postResponse(Request<?> request, Response<?> response);
此方法用于传递请求结果，request 和 response 参数分别表示请求信息和返回结果信息。
public void postResponse(Request<?> request, Response<?> response, Runnable runnable);
此方法用于传递请求结果，并在完成传递后执行 Runnable。
public void postError(Request<?> request, VolleyError error);
此方法用于传输请求错误。

4.2.22 ExecutorDelivery.java

请求结果传输接口具体实现类。
在 Handler 对应线程中传输缓存调度线程或者网络调度线程中产生的请求结果或请求错误，会在请求成功的情况下调用 Request.deliverResponse(…) 函数，失败时调用 Request.deliverError(…) 函数。

4.2.23 StringRequest.java

继承 Request 类,代表了一个返回值为 String 的请求。将网络返回的结果数据解析为 String 类型。通过构造函数的 listener 传参，支持请求成功后的 onResponse(…) 回调。

4.2.24 JsonRequest.java

抽象类，继承自 Request，代表了 body 为 JSON 的请求。提供了构建 JSON 请求参数的方法。

4.2.25 JsonObjectRequest.java

继承自 JsonRequest，将网络返回的结果数据解析为 JSONObject 类型。

4.2.26 JsonArrayRequest.java

继承自 JsonRequest，将网络返回的结果数据解析为 JSONArray 类型。

4.2.27 ImageRequest.java

继承 Request 类，代表了一个返回值为 Image 的请求。将网络返回的结果数据解析为 Bitmap 类型。
可以设置图片的最大宽度和最大高度，并计算出合适尺寸返回。每次最多解析一张图片防止 OOM。

4.2.28 ImageLoader.java

封装了 ImageRequst 的方便使用的图片加载工具类。
1.可以设置自定义的ImageCache，可以是内存缓存，也可以是 Disk 缓存，将获取的图片缓存起来，重复利用，减少请求。
2.可以定义图片请求过程中显示的图片和请求失败后显示的图片。
3.相同请求（相同地址，相同大小）只发送一个，可以避免重复请求。
// TODO

4.2.29 NetworkImageView.java

利用 ImageLoader，可以加载网络图片的 ImageView
有三个公开的方法：

public void setDefaultImageResId(int defaultImage)
设置默认图片，加载图片过程中显示。
public void setErrorImageResId(int errorImage)
设置错误图片，加载图片失败后显示。
public void setImageUrl(String url, ImageLoader imageLoader)
设置网络图片的 Url 和 ImageLoader，将利用这个 ImageLoader 去获取网络图片。
如果有新的图片加载请求，会把这个 ImageView 上旧的加载请求取消。

4.2.30 ClearCacheRequest.java

用于人为清空 Http 缓存的请求。
添加到 RequestQueue 后能很快执行，因为优先级很高，为Priority.IMMEDIATE。并且清空缓存的方法mCache.clear()写在了isCanceled()方法体中，能最早的得到执行。
ClearCacheRequest 的写法不敢苟同，目前看来唯一的好处就是可以将清空缓存操作也当做一个请求。而在isCanceled()中做清空操作本身就造成了歧义，不看源码没人知道在NetworkDispatcher run 方法循环的过程中，isCanceled()这个读操作竟然做了可能造成缓存被清空。只能跟源码的解释一样当做一个 Hack 操作。

总结（可以学习的地方）：

1. 兼容性好：默认 Android2.3 及以上基于 HttpURLConnection，2.3 以下基于 HttpClient 实现 （android 2.3以下HttpURLConnection有严重bug）
2. 提供了取消Http 请求的接口，在Activity关闭但是仍旧执行的Http请求可以及时销毁，减少了性能的开销以及Activity能够及时回收。
3. 使用了多线程（默认4个线程）+ 请求队列的形式，而不是每次请求都单独开启一个线程，减少了性能的开销。
4. 支持缓存：在Http协议层(在进行条件请求时,客户端会提供给服务器一个If-Modified-Since请求头,其值为服务器上次返回的Last-Modified响应头中的日期值, 服务器会读取到这两个请求头中的值,判断出客户端缓存的资源是否是最新的,如果是的话,服务器就会返回HTTP/304 Not Modified响应)和客户端都支持cache，大大减少了服务器压力。同时对客户端性能开销也会有一定的减少。
5. 避免同一个http请求多次连接服务器：如果某个请求已经在等待队列,并且该请求允许缓存,将该请求放到等待队列中,使得URI一致的请求不会重复去请求服务器.
6. 从框架本身的角度来说，Request接口、Cache接口、HttpStack等都是以接口的形式来定义的，充分地展示了Java中面向接口编程的特点，使得代码的扩展性大大增强

5. 注意事项

Volley 适合于数据量小的并发请求，因为在数据请求完成后，会将请求得到的数据读到内存中存放在byte[]，然后分发给调用者进行数据的转换。若用volley请求大数据则可能会OOM。
Volley的线程池不具备伸缩功能，创建后所有线程均处于启用状态，不支持动态调整。