iOS Cache

캐시

캐시란 자주 사용하는 데이터나 값을 미리 복사해 놓는 임시 저장소이다.

갑자기 iOS에서 이 개념이 왜 나올까 ?? 

 

부스트 캠프 과정 중 앱 개발을 할 때 항상 비용을 고려해야한다. 

비용은 크게 2가지로 나눠진다

1. 비용 Money
2. 전원 Power

전원 Power는 말 그대로 우리 서비스를 이용할 때 배터리 소모량이 된다.

 

비용 Money은 우리 서비스를 이용하면서 유저가 지불해야하는 금액적인 비용이다. 

금액적인 비용은 우리 서비스내의 제품을 구매할 때도 역시 필요하지만

앱이 네트워크가 필요하여 인터넷 비용도 있다. 

 

우리가 컨트롤 할 수 있는 것은 바로 인터넷 비용이다.

우리는 유저의 인터넷비용을 최대한 기술적으로 절감시켜 유저 이탈 수를 막야한다.

 

대표적인 예로 바로 캐시 데이터를 통해 불필요한 네트워크 통신을 막아 비용을 절감시킬 수 있다.

 

우리는 오늘 이미지를 캐싱하여 불필요한 이미지를 불러오는 작업을 막아보자.

우리가 사용할 캐시는 크게 두가지 영역이다.

 

1. Memoery Cache
   • 애플리케이션 메모리 영역의 일부분을 캐싱
   • 앱이 종료되면 사라지는 휘발성 캐시
   • NSCache, URLCache 존재
2. Disk Cache
   • 데이터를 파일 형태로 디스크에 저장
   • 반복적으로 발생하면 애플리케이션이 차지하는 용량이 커지는 단점
   • 앱이 종료되어도 데이터가 사라지지 않는 비휘발성 캐시
   • FileManager를 이용한다.

---

NSCache

A mutable collection you use to temporarily store transient key-value pairs that are subject to eviction when resources are low.

 

class NSCache<KeyType, ObjectType> : NSObject where KeyType : AnyObject, ObjectType : AnyObject

 

정의 

• iOS 애플리케이션에서 Memoery Caching에 주로 사용되는 클래스이다.
• key - value 형태의 임시 저장 가변 컬렉션

---

특징

1. 캐시를 잠글 필요 없이 별도 스레드에서 캐시 항목을 추가/ 삭제/ 검색 할 수 있다.

 

2. NSMutableDictionary 객체와 달리 키 객체를 복사하지 않는다.

• key-value 형태의 데이터를 임시로 저장할 때 NSMutableDictionary 가변 컬렉션이 있다.
• 그렇다면 차이가 NSCache와 차이가 뭘까 ??
• NSCache는 키 객체를 복사하지 않고 NSMutableDictionary은 key 객체가 복사된다.
• 차이는 다음 코드를 살펴보자, 출처는 밑의 stack over flow를 살펴보자.
• NSMutableDictionary은 key 변수에 새로운 값이 할당되어도 이전 key에 대한 값이 남아있고
• NSCache는 key 변수에 새로운 값이 할당되면 이전 키값에 대한 값이 남아 있지 않는다.

et mutableDic = NSMutableDictionary()
var dicKey: NSMutableString = "key" // K₁
mutableDic.setObject("one", forKey: dicKey) // K₂
dicKey.setString("changedKey") // still K₁
mutableDic.setObject("two", forKey: dicKey) // K₃

print(mutableDic.object(forKey: "key") ?? "") // "one"
print(mutableDic.object(forKey: "changedKey") ?? "") // "two"

// BUT:

let cache = NSCache<NSString, NSString>()
var cacheKey: NSMutableString = "key" // K₁
cache.setObject("one", forKey: cacheKey) // still K₁
cacheKey.setString("changedKey") // still K₁
cache.setObject("two", forKey: cacheKey) // still K₁!

print(cache.object(forKey: "key") ?? "") // "" !!!
print(cache.object(forKey: "changedKey") ?? "") // "two"

 

3. 연결리스트와 Dictionary를 함께 사용한다.

• 캐싱은 중간에 있는 데이터 추가/ 삭제가 빈번하게 발생할 수 있어 배열을 사용하면 시간복잡도가 크게 증가한다.
• 이를 해결하기위해 연결리스트를 도입, 하지만 연결리스트는 key-value 타입이 아니기 때문에 탐색에 O(n) 이 발생
• 그렇기 때문에 동시에 Dictionary를 도입하여 탐색을 O(1)로 만든다.

4. 메모리를 과도하게 사용하지 않도록 자동 제거 정책이 있다.

• limitation을 넘어갈 경우 적은 용량(cost)의 데이터 부분 부터 삭제한다.
• 삭제될 수 있는 하위 구성요들은 NSDiscardableContent 프로토콜을 채택하여 캐시 제거 동작을 향상 시킬 수 있다.
• 기본적으로 캐시의 NSDiscardableContent 객체는 내용이 삭제될 경우 자동으로 제거되지만 이 자동 제거 정책은 변경할 수 있다.
• NSDiscardableContent 객체가 캐시에 저장되면 캐시는 삭제 명령 수행시 discardContentIfPossible()이 호출된다.
• NSDiscardableContent 객체의 삭제는 연결리스트를 통해서 삭제가 진행되는데 이 연결리스트는 cost로 정렬된 연결 리스트다. head부터 삭제가 진행되기 때문에 결과론적으로는 적은 cost의 데이터부터 삭제되게 된다.
• 의도는 명확히 알 수 없지만 용량이 큰 데이터의 경우 다시 계산되어야 할 때의 비용이 높기 때문에 적은 용량의 캐싱데이터부터 삭제하는 건 아닐까

Topics

Managing the Name

// 캐시의 이름
var name: String

 

Managing Cache Size

//  캐시가 가질 수 있는 최대한의 객체 수
var countLimit: Int
// 객체를 제거하기 전에 캐시가 보유할 수 있는 최대 비용
var totalCostLimit: Int

 

Managing Discardable Content

// 캐시가 내용이 삭제된 NSDiscardableContent를 자동으로 제거할지의 여부
var evictsObjectsWithDiscardedContent: Bool

// 클래스의 객체의 하위 구성 요소가 사용되지 않을 때 삭제되어도 된다면 이 프로토콜을 채택함으로써 응용 프로그램의 메모리 사용 공간을 줄일 수 있다.
protocol NSDiscardableContent

 

Managing the Delegate

 

// 캐시의 위임자
var delegate: NSCacheDelegate?

// NSCache의 위임자 객체는 이 프로토콜을 채택한다.
이 프로토콜을 채택하면 캐시에서 객체가 추출되거나 제거될 때의 작업들을 특수화할 수 있다.

protocol NSCacheDelegate

 

Getting a Cached value

 

// 주어진 Key과 연결된 값을 반환

func object(forKey: KeyType) -> ObjectType?

 

Adding and Removing Cached Values

 

//  캐시에 주어진 키와 그에 대응되는 값을 저장
func setObject(ObjectType, forKey: KeyType)

// 비용을 명시하여 값을 저장.
func setObject(ObjectType, forKey: KeyType, cost: Int)

// 캐시에 주어진 키에 대응되는 값을 제거
func removeObject(forKey: KeyType)

// 캐시 비움
removeAllObjects()

---

URLCache 

An object that maps URL requests to cached response objects.

 

class URLCache : NSObject

 

정의 

URL 요청으로 캐시된 response를 매핑해주는 캐시 객체

---

특징

1. 메모리와 디스크 상 복합 캐시를 제공할 수 있으며 두 부분의 크기를 제어할 수 잇다.

 

2. Thread Safe

• 동시에 여러 실행 컨텍스트에서 안전하게 호출될 수 있지만 동일한 요청에 대한 응답을 읽고 쓸 때 race condition이 발생할 수 있다
• 그럴경우 URLCache의 서브클래스는 스레드로부터 안전한 방식으로 재정의된 메서드를 구현해야한다.

Topics

Getting and setting shared cache

// 공유 URL 캐시 인스턴스
class var shared: URLCache

 

Creating a new cache object

// 지정된 메모리 및 디스크 용량과 디렉토리를 사용하여 URL 캐시 객체를 생성합니다.

init(memoryCapacity: Int, diskCapacity: Int, directory: URL?)

 

Getting and storing cached objects

 

// 지정된 URL 요청에 대해 캐시에 저장된 URL 응답을 반환
func cachedResponse(for: URLRequest) -> CachedURLResponse?

// 스레드 안전한 방식, 데이터 작업에 대한 캐시된 URL 응답을 가져와 제공된 완료 핸들러에 전달한다.
func getCachedResponse(for: URLSessionDataTask, completionHandler: (CachedURLResponse?) -> Void)

// 지정된 요청에 대해 캐시된 URL 응답을 저장
func storeCachedResponse(CachedURLResponse, for: URLRequest)

// 스레드 안전한 방식, 지정된 데이터 작업에 대해 캐시된 URL 응답을 저장합니다.
func storeCachedResponse(CachedURLResponse, for: URLSessionDataTask)

 

Removing cached objects

// 지정된 URL 요청에 대한 캐시된 URL 응답을 제거
func removeCachedResponse(for: URLRequest):

// 스레드 안전한 방식, 지정된 데이터 작업에 대한 캐시된 URL 응답을 제거
func removeCachedResponse(for: URLSessionDataTask)

// 지정된 날짜 이후에 캐시된 모든 응답을 제거
func removeCachedResponses(since: Date): 

// 캐시에 저장된 모든 URL 응답을 제거
func removeAllCachedResponses():

 

 

Getting and setting on-disk cache properties

// 디스크 캐시의 현재 크기(바이트)입니다.
var currentDiskUsage: Int: 

// 디스크 캐시의 용량(바이트)입니다.
var diskCapacity: Int:

 

 

Getting and setting in-memoery cache properties

//  메모리 캐시의 현재 크기(바이트)
var currentMemoryUsage: Int

// 메모리 캐시의 용량 
var memoryCapacity: Int

 

Cache storage policies

// CachedURLResponse 객체에서 사용되는 캐싱 전략을 지정하는 상수
enum URLCache.StoragePolicy



allowed:
캐시된 응답을 디스크와 메모리에 모두 저장할 수 있는 정책입니다. 
기본적으로 이 정책이 사용되며, 캐시된 응답을 디스크에 저장해 나중에 사용하도록 허용합니다.

memoryOnly:
캐시된 응답을 메모리에만 저장할 수 있는 정책입니다. 
디스크에 저장되지 않으며, 앱이 종료되면 캐시된 응답이 제거됩니다. 즉, 응답이 일시적으로만 사용되도록 하고 싶을 때 적합합니다.

notAllowed:
캐시된 응답을 저장하지 않는 정책입니다. 
이 정책을 사용하면 캐시에서 응답을 전혀 저장하지 않으며, 항상 새롭게 요청해야 합니다.

---

 

코드

실제 코드는 여기를 참고 바란다.

GitHub - yongbeomkwak/Cache: iOS Cache 관련 레포

 

---

참고

URLCache | Apple Developer Documentation

 

NSCache | Apple Developer Documentation

 

NSCache

 

NSCache vs URLCache

 

이미지 캐시 처리와 NSCache

 

Does the different way of handling key between NSMutableDictionary and NSCache (copy vs. retain) result in different consequence