【WPF】【UWP】借鉴 asp.net core 管道处理模型打造图片缓存控件 ImageEx

在 Web 开发中，img 标签用来呈现图片，而且一般来说，浏览器是会对这些图片进行缓存的。

比如访问百度，我们可以发现，图片、脚本这种都是从缓存（内存缓存/磁盘缓存）中加载的，而不是再去访问一次百度的服务器，这样一方面改善了响应速度，另一方面也减轻了服务端的压力。

但是，对于 WPF 和 UWP 开发来说，原生的 Image 控件是只有内存缓存的，并没有磁盘缓存的，所以一旦程序退出了，下次再重新启动程序的话，那还是得从服务器上面取图片的。因此，打造一个具备缓存（尤其是磁盘缓存）的 Image 控件还是有必要的。

在 WPF 和 UWP 中，我们都知道 Image 控件 Source 属性的类型是 ImageSource，但是，如果我们使用数据绑定的话，是可以绑定一个字符串的，在运行的时候，我们会发现 Source 属性变成了一个 BitmapImage 类型的对象。那么可以推论出，是框架给我们做了一些转换。经过查阅 WPF 的相关资料，发现是 ImageSource 这个类型上有一个 TypeConverterAttribute：

查看 ImageSourceConverter 的源码（https://referencesource.microsoft.com/#PresentationCore/Core/CSharp/System/Windows/Media/ImageSourceConverter.cs,0f008db560b688fe），我们可以看到这么一段

因此，在对 Source 属性进行绑定的时候，我们的数据源是可以使用：string、Stream、Uri、byte[] 这些类型的，当然还有它自身 ImageSource（BitmapImage 是 ImageSource 的子类）。

虽然有 5 种这么多，然而最终我们需要的是 ImageSource。另外 Uri 就相当于 string 的转换。再仔细分析的话，我们大概可以得出下面的结论：

string –> Uri –> byte[] –> Stream –> ImageSource

其中 Uri 到 byte[] 就是相当于从 Uri 对应的地方加载图片数据，常见的就是 web、磁盘和程序内嵌资源。

在某些节点我们是可以加上缓存的，如碰到一个 http/https 的地址，那可以先检查本地是否有缓存文件，有就直接加载不去访问服务器了。

经过整理，基本可以得出如下的流程图。

可以看出，流程是一个自上而下，再自下而上的流程。这里就相当于是一个管道处理模型。每一行等价于一个管道，然后整个流程相当于整个管道串联起来。

在代码的实现过程中，我借鉴了 asp.net core 中的 middleware 的处理过程。https://docs.microsoft.com/zh-cn/aspnet/core/fundamentals/middleware/?view=aspnetcore-2.1&tabs=aspnetcore2x

在 asp.net core 中，middleware 的其中一种写法如下：

public class AspNetCoreMiddleware
{
    public async Task InvokeAsync(HttpContext context, RequestDelegate next)
    {
        // before
        await next(context);
        // after
    }
}

先建立一个类似 HttpContext 的上下文，用于在这个管道模型中处理，我就叫 LoadingContext：

public class LoadingContext<TResult> where TResult : class
{
    private byte[] _httpResponseBytes;
    private TResult _result;

    public LoadingContext(object source)
    {
        if (source == null)
        {
            throw new ArgumentNullException(nameof(source));
        }

        OriginSource = source;
        Current = source;
    }

    public object Current { get; set; }

    public byte[] HttpResponseBytes
    {
        get => _httpResponseBytes;
        set
        {
            if (_httpResponseBytes != null)
            {
                throw new InvalidOperationException("value has been set.");
            }

            _httpResponseBytes = value;
        }
    }

    public object OriginSource { get; }

    public TResult Result
    {
        get => _result;
        set
        {
            if (_result != null)
            {
                throw new InvalidOperationException("value has been set.");
            }

            _result = value;
        }
    }
}

这里有四个属性，OriginSource 代表输入的原始 Source，Current 代表当前的 Source 值，在一开始是与 OriginSource 一致的。Result 代表了最终的输出，一般不需要用户手动设置，只需要到达管道底部的话，如果 Result 仍然为空，那么将 Current 赋值给 Result 就是了。HttpResponseBytes 一旦设置了就不可再设置。

可能你们会问，为啥要单独弄 HttpResponseBytes 这个属性呢，不能在下载完成的时候缓存到磁盘吗？这里考虑到下载回来的不一定是一幅图片，等到后面成功了，得到一个 ImageSource 对象了，那才能认为这是一个图片，这时候才缓存。

另外为啥是泛型，这里考虑到扩展性，搞不好某个 Image 的 Source 类型就不是 ImageSource 呢(*^_^*)

而 RequestDelegate 是一个委托，签名如下：

public delegate System.Threading.Tasks.Task RequestDelegate(HttpContext context);

因此我仿照，代码里就建一个 PipeDelegate 的委托。

public delegate Task PipeDelegate<TResult>([NotNull]LoadingContext<TResult> context, CancellationToken cancellationToken = default(CancellationToken)) where TResult : class;

NotNullAttribute 是来自 JetBrains.Annotations 这个 nuget 包的。

另外微软爸爸说，支持取消的话，那是好做法，要表扬的，因此加上了 CancellationToken 参数。

接下来那就可以准备我们自己的 middleware 了，代码如下：

public abstract class PipeBase<TResult> : IDisposable where TResult : class
{
    protected bool IsInDesignMode => (bool)DesignerProperties.IsInDesignModeProperty.GetMetadata(typeof(DependencyObject)).DefaultValue;

    public virtual void Dispose()
    {
    }

    public abstract Task InvokeAsync([NotNull]LoadingContext<TResult> context, [NotNull]PipeDelegate<TResult> next, CancellationToken cancellationToken = default(CancellationToken));
}

跟 asp.net core 的 middleware 很像，这里我加了一个 IsInDesignMode 属性，毕竟在设计器模式下面，就没必要跑缓存相关的分支了。

那么，我们自己的 middleware，也就是 Pipe 有了，该怎么串联起来呢，这里我们可以看 asp.net core 的源码

https://github.com/aspnet/HttpAbstractions/blob/a78b194a84cfbc560a56d6d951eb71c8367d17bb/src/Microsoft.AspNetCore.Http/Internal/ApplicationBuilder.cs

        public RequestDelegate Build()
        {
            RequestDelegate app = context =>
            {
                context.Response.StatusCode = 404;
                return Task.CompletedTask;
            };

            foreach (var component in _components.Reverse())
            {
                app = component(app);
            }

            return app;
        }

其中 _components 的定义如下：

private readonly IList<Func<RequestDelegate, RequestDelegate>> _components = new List<Func<RequestDelegate, RequestDelegate>>();

Func<RequestDelegate, RequestDelegate> 代表输入了一个委托，返回了一个委托。而上面 app 就相当于管道的最底部了，因为无法处理了，因此就赋值为 404 了。至于为啥要反转一下列表，这个大家可以自己手动试试，这里也不好解析。

因此，我编写出如下的代码来组装我们的 Pipe。

internal static PipeDelegate<TResult> Build<TResult>(IEnumerable<Type> pipes) where TResult : class
{
    PipeDelegate<TResult> end = (context, cancellationToken) =>
    {
        if (context.Result == null)
        {
            context.Result = context.Current as TResult;
        }
        if (context.Result == null)
        {
            throw new NotSupportedException();
        }

        return Task.CompletedTask;
    };

    foreach (var pipeType in pipes.Reverse())
    {
        Func<PipeDelegate<TResult>, PipeDelegate<TResult>> handler = next =>
        {
            return (context, cancellationToken) =>
            {
                using (var pipe = CreatePipe<TResult>(pipeType))
                {
                    return pipe.InvokeAsync(context, next, cancellationToken);
                }
            };
        };
        end = handler(end);
    }

    return end;
}

代码比 asp.net core  的复杂一点，先看上面 end 的初始化。因为到达了管道的底部，如果 Result 仍然是空的话，那么尝试将 Current 赋值给 Result，如果执行后还是空，那说明输入的 Source 是不支持的类型，就直接抛出异常好了。

在下面的循环体中，handler 等价于上面 asp.net core 的 component，接受了一个委托，返回了一个委托。

委托体中，根据当前管道的类型创建了一个实例，并执行 InvokeAsync 方法。

构建管道的代码也有了，因此加载逻辑也没啥难的了。

        private async Task SetSourceAsync(object source)
        {
            if (_image == null)
            {
                return;
            }

            _lastLoadCts?.Cancel();
            if (source == null)
            {
                _image.Source = null;
                VisualStateManager.GoToState(this, NormalStateName, true);
                return;
            }

            _lastLoadCts = new CancellationTokenSource();
            try
            {
                VisualStateManager.GoToState(this, LoadingStateName, true);

                var context = new LoadingContext<ImageSource>(source);

                var pipeDelegate = PipeBuilder.Build<ImageSource>(Pipes);
                var retryDelay = RetryDelay;
                var policy = Policy.Handle<Exception>().WaitAndRetryAsync(RetryCount, count => retryDelay, (ex, delay) =>
                {
                    context.Reset();
                });
                await policy.ExecuteAsync(() => pipeDelegate.Invoke(context, _lastLoadCts.Token));

                if (!_lastLoadCts.IsCancellationRequested)
                {
                    _image.Source = context.Result;
                    VisualStateManager.GoToState(this, OpenedStateName, true);
                    ImageOpened?.Invoke(this, EventArgs.Empty);
                }
            }
            catch (Exception ex)
            {
                if (!_lastLoadCts.IsCancellationRequested)
                {
                    _image.Source = null;
                    VisualStateManager.GoToState(this, FailedStateName, true);
                    ImageFailed?.Invoke(this, new ImageExFailedEventArgs(source, ex));
                }
            }
        }

我们的 ImageEx 控件里面必然需要有一个原生的 Image 控件进行承载（不然咋显示）。

这里我定义了 4 个 VisualState：

Normal：未加载，Source 为 null 的情况。

Opened：加载成功，并引发 ImageOpened 事件。

Failed：加载失败，并引发 ImageFailed 事件。

Loading：正在加载。

在这段代码中，我引入了 Polly 这个库，用于重试，一旦出现异常，就重置 context 到初始状态，再重新执行管道。

而 _lastLoadCts 的类型是 CancellationTokenSource，因为如果 Source 发生快速变化的话，那么先前还在执行的就需要放弃掉了。

最后奉上源代码（含 WPF 和 UWP demo）：

https://github.com/h82258652/HN.Controls.ImageEx

先声明，如果你在真实项目中使用出了问题，本人一概不负责的说。

本文只是介绍了一下具体关键点的实现思路，诸如磁盘缓存、Pipe 的服务注入（弄了一个很简单的）这些可以参考源代码中的实现。

另外源码中值得改进的地方应该是有的，希望大家能给出一些好的想法和意见，毕竟个人能力有限。