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iOS多线程之NSOperation

iOS多线程之NSOperation

作者: 践行者_Leng | 来源:发表于2019-08-19 17:09 被阅读0次

1. NSOperation相关概念

NSOperation、NSOperationQueue 是基于 GCD 更高一层的封装，完全面向对象，是另外一套多线程解决方案。但是比 GCD 更简单易用、代码可读性也更高。在 NSOperation、NSOperationQueue 中也有类似的任务（操作）和队列（操作队列）的概念。

1. 操作（Operation）：执行操作的意思，换句话说就是你在线程中执行的那段代码。

2. 操作队列（Operation Queues）：这里的队列指操作队列，即用来存放操作的队列。

2. NSOperation 的使用步骤

1. 创建操作：先将需要执行的操作封装到一个 NSOperation 对象中。
2. 创建队列：创建 NSOperationQueue 对象。
3. 将操作加入到队列中：将 NSOperation 对象添加到 NSOperationQueue 对象中。

3. 创建操作 (不使用 NSOperationQueue 的情况下)

NSOperation 是个抽象类，不能用来封装操作。我们只有使用它的子类来封装操作。我们有三种方式来封装操作。

  1. 使用子类 NSInvocationOperation
  2. 使用子类 NSBlockOperation
  3. 自定义继承自 NSOperation 的子类，通过实现内部相应的方法(main)来封装操作。

在不使用 NSOperationQueue，单独使用 NSOperation 的情况下系统同步执行操作(不会开启子线程)。

3.1 单独使用子类 NSInvocationOperation

// (不会开启子线程,在当前线程中)
-(void)startNSOperationAction{
    
    // 1.0 创建 NSOperation 的子类 NSInvocationOperation
    NSInvocationOperation *invocaOperation=[[NSInvocationOperation alloc]initWithTarget:self selector:@selector(operationFunction) object:nil];
    
    // 开始操作(执行操作)
    [invocaOperation start];
}
-(void)operationFunction{
    
    [NSThread sleepForTimeInterval:2]; // 模拟耗时操作
    
    NSLog(@"执行任务,当前线程是:%@",[NSThread currentThread]);
}

最终运行结果:

TestModel[86359:13360769] 执行任务,当前线程是:<NSThread: 0x280a21380>{number = 1, name = main}

3.2 单独使用子类 NSBlockOperation

// 场景一 (不会开启子线程,在当前线程中),不使用 addExecutionBlock: 的情况下
-(void)startNSOperationAction{
    
    // 1.0 创建 NSOperation 的子类 NSBlockOperation
    
    NSBlockOperation *blockOperation=[NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        
        [NSThread sleepForTimeInterval:2]; // 模拟耗时操作
        
        NSLog(@"执行任务,当前线程是:%@",[NSThread currentThread]);
    }];
    
    // 2.0 开始操作(执行操作)
    [blockOperation start];
  
}

最终运行结果:

TestModel[86367:13362642] 执行任务,当前线程是:<NSThread: 0x280769a40>{number = 1, name = main}





// 场景二 会开启一个子线程(添加更多的操作 使用 addExecutionBlock: )
-(void)startNSOperationAction{
    
    // 1.0 创建 NSOperation 的子类 NSBlockOperation
    
    NSBlockOperation *blockOperation=[NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        
//        [NSThread sleepForTimeInterval:2]; // 模拟耗时操作
        NSLog(@"执行任务(1),当前线程是:%@",[NSThread currentThread]);
    }];
    
    // 添加更多的操作
    [blockOperation addExecutionBlock:^{
        NSLog(@"执行任务(2),当前线程是:%@",[NSThread currentThread]);
    }];
    
    [blockOperation addExecutionBlock:^{
        NSLog(@"执行任务(3),当前线程是:%@",[NSThread currentThread]);
    }];
    
    [blockOperation addExecutionBlock:^{
        NSLog(@"执行任务(4),当前线程是:%@",[NSThread currentThread]);
    }];
    
    [blockOperation addExecutionBlock:^{
        NSLog(@"执行任务(5),当前线程是:%@",[NSThread currentThread]);
    }];
    
    // 2.0 开始操作(执行操作)
    [blockOperation start];
 
    // 注意点: 不能将 [blockOperation start]; 放在 [blockOperation addExecutionBlock:^{}]; 前面。不然程序会被奔溃,因为 blockOperation 已经销毁了 你还执行 操作。
}
  
最终运行结果:

TestModel[86378:13364140] 执行任务(1),当前线程是:<NSThread: 0x28174aec0>{number = 1, name = main}
TestModel[86378:13364140] 执行任务(3),当前线程是:<NSThread: 0x28174aec0>{number = 1, name = main}
TestModel[86378:13364159] 执行任务(2),当前线程是:<NSThread: 0x28171cf00>{number = 3, name = (null)}
TestModel[86378:13364140] 执行任务(4),当前线程是:<NSThread: 0x28174aec0>{number = 1, name = main}
TestModel[86378:13364159] 执行任务(5),当前线程是:<NSThread: 0x28171cf00>{number = 3, name = (null)}


通过 addExecutionBlock: 就可以为 NSBlockOperation 添加额外的操作。如果添加的操作多的话，blockOperationWithBlock: 中的操作也可能会在其他线程（非当前线程）中执行，这是由系统决定的，并不是说添加到 blockOperationWithBlock: 中的操作一定会在当前线程中执行。

3.3 单独使用自定义继承自 NSOperation 的子类

使用自定义继承自 NSOperation 的子类。可以通过重写 main 或者 start 方法 来定义自己的 NSOperation 对象

// CustomOperationClass.h 文件

#import <Foundation/Foundation.h>

@interface CustomOperationClass : NSOperation

@end


// CustomOperationClass.m 文件

@implementation CustomOperationClass

// 重写 main 方法
-(void)main{
    
    [NSThread sleepForTimeInterval:2];
    
    NSLog(@"使用自定义NSOperation,当前线程是: %@",[NSThread currentThread]);
}

@end


使用的时候导入头文件 CustomOperationClass.h。
  
// 使用自定义继承自 NSOperation 的子类(不会开启子线程,在当前线程)
-(void)startNSOperationAction{
    
    // 1.0 初始化自定义的NSOperation的类
    CustomOperationClass *cusOperation = [[CustomOperationClass alloc]init];
    
    // 2.0 开始操作(执行操作)
    [cusOperation start];
}

最终运行结果:

TestModel[86394:13367448] 使用自定义NSOperation,当前线程是: <NSThread: 0x280cdae80>{number = 1, name = main}

4. 创建队列 ( NSOperationQueue )

NSOperationQueue 一共有两种队列：主队列、自定义队列。其中自定义队列同时包含了串行、并发功能。

主队列: 凡是添加到主队列中的操作，都会放到主线程中执行
// 主队列获取方法
NSOperationQueue *queue = [NSOperationQueue mainQueue];


自定义队列（非主队列）, 添加到这种队列中的操作，就会自动放到子线程中执行。同时包含了：串行、并发功能。
// 自定义队列创建方法
NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];

5. 将操作加入到队列中

上边我们说到 NSOperation 需要配合 NSOperationQueue 来实现多线程。

我们需要将创建好的操作加入到队列中去。总共有两种方法：

5.1 通过 addOperation: 添加操作到队列中

// 使用 addOperation: 将操作加入到队列中
-(void)startNSOperationAction{
    
    // 1.0 创建自定义队列
    NSOperationQueue *queueObj = [[NSOperationQueue alloc]init];
    
    // 2.0 创建操作
    // 使用 NSInvocationOperation 创建操作1
    NSInvocationOperation *invocaOperation = [[NSInvocationOperation alloc]initWithTarget:self selector:@selector(runFunOne) object:nil];
    
    // 使用 NSInvocationOperation 创建操作2
    NSInvocationOperation *invocaOperationWithNext = [[NSInvocationOperation alloc]initWithTarget:self selector:@selector(runFunTwo) object:nil];
    
    
    // 使用 NSBlockOperation 创建操作3
    NSBlockOperation *blockOperation = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
         NSLog(@"执行任务(3),当前线程是:%@",[NSThread currentThread]);
    }];
    // 使用 NSBlockOperation 创建操作4
    [blockOperation addExecutionBlock:^{
        NSLog(@"执行任务(4),当前线程是:%@",[NSThread currentThread]);
    }];
    
    // 3.0 使用 addOperation: 添加所有操作到队列中(默认会自己启动)
    [queueObj addOperation:invocaOperation];
    [queueObj addOperation:invocaOperationWithNext];
    [queueObj addOperation:blockOperation];
    
}

-(void)runFunOne{
    NSLog(@"执行任务(1),当前线程是:%@",[NSThread currentThread]);
}

-(void)runFunTwo{
    NSLog(@"执行任务(2),当前线程是:%@",[NSThread currentThread]);
}

最终运行结果:

TestModel[86686:13417741] 执行任务(2),当前线程是:<NSThread: 0x2833db400>{number = 4, name = (null)}
TestModel[86686:13417737] 执行任务(1),当前线程是:<NSThread: 0x2833e5c40>{number = 3, name = (null)}
TestModel[86686:13417737] 执行任务(3),当前线程是:<NSThread: 0x2833e5c40>{number = 3, name = (null)}
TestModel[86686:13417737] 执行任务(4),当前线程是:<NSThread: 0x2833e5c40>{number = 3, name = (null)}

可以看出：使用 NSOperation 子类创建操作，并使用 addOperation: 将操作加入到自定义队列后 能够开启新线程，进行并发执行。

5.2 通过 addOperationWithBlock: 直接创建操作

// 使用 addOperationWithBlock: 添加操作到队列中
-(void)startNSOperationAction{
    
    // 1.0 创建自定义队列
    NSOperationQueue *queueObj = [[NSOperationQueue alloc]init];
    
    // 2.使用 addOperationWithBlock: 添加操作到队列中
    [queueObj addOperationWithBlock:^{
        NSLog(@"执行任务(1),当前线程是:%@",[NSThread currentThread]);
    }];
    [queueObj addOperationWithBlock:^{
        NSLog(@"执行任务(2),当前线程是:%@",[NSThread currentThread]);
    }];
    [queueObj addOperationWithBlock:^{
        NSLog(@"执行任务(3),当前线程是:%@",[NSThread currentThread]);
    }];
    [queueObj addOperationWithBlock:^{
        NSLog(@"执行任务(4),当前线程是:%@",[NSThread currentThread]);
    }];
    
}

最终运行结果:

TestModel[86693:13419925] 执行任务(1),当前线程是:<NSThread: 0x281a9b580>{number = 3, name = (null)}
TestModel[86693:13419925] 执行任务(3),当前线程是:<NSThread: 0x281a9b580>{number = 3, name = (null)}
TestModel[86693:13419925] 执行任务(4),当前线程是:<NSThread: 0x281a9b580>{number = 3, name = (null)}
TestModel[86693:13419927] 执行任务(2),当前线程是:<NSThread: 0x281aa9e40>{number = 4, name = (null)}

可以看出：使用 addOperationWithBlock: 将操作加入到操作队列后能够开启新线程，进行并发执行。

6. NSOperationQueue 控制串行执行、并发执行

NSOperationQueue 创建的自定义队列同时具有串行、并发功能，上边我演示了并发功能，那么他的串行功能是如何实现的？

通过设置属性 maxConcurrentOperationCount (最大并发操作数) 的个数 决定队列类型

maxConcurrentOperationCount 默认情况下为 -1，表示不进行限制，可进行并发执行。
maxConcurrentOperationCount 为 1 时，队列为串行队列。只能串行执行。
maxConcurrentOperationCount 大于 1 时，队列为并发队列。操作并发执行，当然这个值不应超过系统限制，即使自己设置一个很大的值，系统也会自动调整为 min

  
具体代码如下:

// 设置最大并发操作数为 1 , 串行队列(顺序执行)
-(void)startNSOperationAction{
    
    // 1.0 创建自定义队列
    NSOperationQueue *queueObj = [[NSOperationQueue alloc]init];
    
    // 2.0 设置最大并发操作数
    queueObj.maxConcurrentOperationCount = 1;  // 串行队列(顺序执行)
    
    // 3.使用 addOperationWithBlock: 添加操作到队列中
    [queueObj addOperationWithBlock:^{
        NSLog(@"执行任务(1),当前线程是:%@",[NSThread currentThread]);
    }];
    [queueObj addOperationWithBlock:^{
        NSLog(@"执行任务(2),当前线程是:%@",[NSThread currentThread]);
    }];
    [queueObj addOperationWithBlock:^{
        NSLog(@"执行任务(3),当前线程是:%@",[NSThread currentThread]);
    }];
    [queueObj addOperationWithBlock:^{
        NSLog(@"执行任务(4),当前线程是:%@",[NSThread currentThread]);
    }];
    
}

最终运行结果:

TestModel[86709:13422361] 执行任务(1),当前线程是:<NSThread: 0x280733e00>{number = 4, name = (null)}
TestModel[86709:13422362] 执行任务(2),当前线程是:<NSThread: 0x280737640>{number = 5, name = (null)}
TestModel[86709:13422362] 执行任务(3),当前线程是:<NSThread: 0x280737640>{number = 5, name = (null)}
TestModel[86709:13422362] 执行任务(4),当前线程是:<NSThread: 0x280737640>{number = 5, name = (null)}



// 设置最大并发操作数为 2 , 并发队列(无序执行)
-(void)startNSOperationAction{
    
    // 1.0 创建自定义队列
    NSOperationQueue *queueObj = [[NSOperationQueue alloc]init];
    
    // 2.0 设置最大并发操作数
    queueObj.maxConcurrentOperationCount = 2;  // 并发队列(无序执行)
    
    // 3.使用 addOperationWithBlock: 添加操作到队列中
    [queueObj addOperationWithBlock:^{
        NSLog(@"执行任务(1),当前线程是:%@",[NSThread currentThread]);
    }];
    [queueObj addOperationWithBlock:^{
        NSLog(@"执行任务(2),当前线程是:%@",[NSThread currentThread]);
    }];
    [queueObj addOperationWithBlock:^{
        NSLog(@"执行任务(3),当前线程是:%@",[NSThread currentThread]);
    }];
    [queueObj addOperationWithBlock:^{
        NSLog(@"执行任务(4),当前线程是:%@",[NSThread currentThread]);
    }];
    
}

最终运行结果:

TestModel[86712:13422773] 执行任务(2),当前线程是:<NSThread: 0x28158d600>{number = 3, name = (null)}
TestModel[86712:13422773] 执行任务(3),当前线程是:<NSThread: 0x28158d600>{number = 3, name = (null)}
TestModel[86712:13422773] 执行任务(4),当前线程是:<NSThread: 0x28158d600>{number = 3, name = (null)}
TestModel[86712:13422772] 执行任务(1),当前线程是:<NSThread: 0x281598700>{number = 4, name = (null)}


可以看出：当最大并发操作数为 1 时，操作是按顺序串行执行的，并且一个操作完成之后，下一个操作才开始执行。
        当最大操作并发数为 2 时，操作是并发执行的，可以同时执行两个操作。而开启线程数量是由系统决定的，不需要我们来管理。

7. NSOperation其他操作

7.1 线程之间的通讯( 子线程回到主线程 )

当我们在其子线程中完成了耗时操作时，需要回到主线程进行 UI 刷新，那么就用到了线程之间的通讯。

// 线程间通讯(子线程回到主线程)
-(void)startCommunicationAction{

    // 1.0 创建自定义队列
    NSOperationQueue *queueObj = [[NSOperationQueue alloc]init];
    
    // 2.0 添加操作(任务)
    [queueObj addOperationWithBlock:^{
        
         NSLog(@"在子线程中,执行任务(我好难呀),当前线程是:%@",[NSThread currentThread]);
        
        // 3.0 获取主线程
        NSOperationQueue *mainQueue = [NSOperationQueue mainQueue];
        
        // 4.0 回到主线程
        [mainQueue addOperationWithBlock:^{
            NSLog(@"回到主线程了,执行任务(😁),当前线程是:%@",[NSThread currentThread]);
        }];
        
    }];
    
}

最终运行结果:

TestModel[86757:13430970] 在子线程中,执行任务(我好难呀),当前线程是:<NSThread: 0x282596080>{number = 3, name = (null)}
TestModel[86757:13430948] 回到主线程了,执行任务(😁),当前线程是:<NSThread: 0x2825c2e40>{number = 1, name = main}

7.2 操作之间添加依赖 ( addDependency : )

使用场景:  比如说有A、B 、C 三个操作，其中 A执行完操作，C才能执行操作，B最后执行 (A-C-B的顺序)。
  
// 操作(任务)之间添加依赖
-(void)startNSOperationAction{
    
    // 1.0 创建自定义队列
    NSOperationQueue *queueObj = [[NSOperationQueue alloc]init];
    
    // 2.0 创建三个操作(任务)
    NSBlockOperation *blockOperationA = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        NSLog(@"执行任务(A),当前线程是:%@",[NSThread currentThread]);
    }];
    
    NSBlockOperation *blockOperationB = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        NSLog(@"执行任务(B),当前线程是:%@",[NSThread currentThread]);
    }];
    
    NSInvocationOperation *invocaOperationC = [[NSInvocationOperation alloc]initWithTarget:self selector:@selector(runFunOne) object:nil];
    
    
    // 3.0 添加操作(任务)之间的依赖(不能相互依赖)
    [invocaOperationC addDependency:blockOperationA];
    [blockOperationB addDependency:invocaOperationC];
    
    // 4.0 使用 addOperation: 添加三个操作到队列中(启动)
    [queueObj addOperation:blockOperationA];
    [queueObj addOperation:blockOperationB];
    [queueObj addOperation:invocaOperationC];

}

-(void)runFunOne{
     NSLog(@"执行任务(C),当前线程是:%@",[NSThread currentThread]);
}

最终运行结果:

TestModel[86752:13429044] 执行任务(A),当前线程是:<NSThread: 0x281a28040>{number = 3, name = (null)}
TestModel[86752:13429042] 执行任务(C),当前线程是:<NSThread: 0x281a34280>{number = 4, name = (null)}
TestModel[86752:13429042] 执行任务(B),当前线程是:<NSThread: 0x281a34280>{number = 4, name = (null)}

7.3 操作(任务)完成时回调

// 操作(任务)完成时的通知 (通过 completionBlock )
-(void)startNSOperationFinish{
    
    // 1.0 创建自定义队列
    NSOperationQueue *queueObj = [[NSOperationQueue alloc]init];
    
    // 2.0 添加操作(任务)
    NSBlockOperation *blockOperation = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
         NSLog(@"在子线程中,执行任务(❤️),当前线程是:%@",[NSThread currentThread]);
    }];
    
    // 3.0 添加操作完成后的通知
    blockOperation.completionBlock = ^{
        NSLog(@"执行任务完毕了(😁)！可以下课放学回家了! 当前线程是:%@",[NSThread currentThread]);
    };
    
    // 4.0 将操作添加到队列中(默认开启)
    [queueObj addOperation:blockOperation];
    
}

最终运行结果:

TestModel[86766:13433031] 在子线程中,执行任务(❤️),当前线程是:<NSThread: 0x283ab8d40>{number = 4, name = (null)}
TestModel[86766:13433028] 执行任务完毕了(😁)！可以下课放学回家了! 当前线程是:<NSThread: 0x283a80e00>{number = 5, name = (null)}

7.4 其他函数(方法)和属性

1. - (void)cancel; 可取消操作，实质是标记 isCancelled 状态。
  
2. 判断操作状态方法
  - (BOOL)isFinished; 判断操作是否已经结束。
  - (BOOL)isCancelled; 判断操作是否已经标记为取消。
  - (BOOL)isExecuting; 判断操作是否正在在运行。
  - (BOOL)isReady; 判断操作是否处于准备就绪状态，这个值和操作的依赖关系相关。
  
3. 操作同步
  + (id)mainQueue; 获取主队列。
  + (id)currentQueue; 获取当前队列，如果当前线程不是在 NSOperationQueue 上运行则返回 nil。
  - (void)addOperations:(NSArray *)ops waitUntilFinished:(BOOL)wait; 向队列中添加操作数组，wait 标志是否阻塞当前线程直到所有操作结束
  - (NSArray *)operations; 当前在队列中的操作数组（某个操作执行结束后会自动从这个数组清除）。
  - (NSUInteger)operationCount; 当前队列中的操作数。
  - (void)addDependency:(NSOperation *)op; 添加依赖
  - (void)removeDependency:(NSOperation *)op; 移除依赖
  - (void)cancelAllOperations;  可以取消队列的所有操作。
  - (BOOL)isSuspended; 判断队列是否处于暂停状态。 YES 为暂停状态，NO 为恢复状态。
  - (void)setSuspended:(BOOL)b; 可设置操作的暂停和恢复，YES 代表暂停队列，NO 代表恢复队列。

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