NSOperation、NSOperationQueue 简介

NSOperation、NSOperationQueue 是苹果提供给我们的一套多线程解决方案。
本质上NSOperation、NSOperationQueue是基于GCD更高一层的封装,完全面向对象。但是比GCD更简单易用、代码可读性也更高。

为什么要使用 NSOperation、NSOperationQueue?
可添加完成的代码块,在操作完成后执行。
添加操作之间的依赖关系,方便的控制执行顺序。
设定操作执行的优先级。
可以很方便的取消一个操作的执行。
使用 KVO 观察对操作执行状态的更改:isExecuteing、isFinished、isCancelled。

NSOperation、NSOperationQueue 操作和操作队列

既然是基于GCD的更高一层的封装,那么GCD中的一些概念同样适用于 NSOperation、NSOperationQueue。在NSOperation、NSOperationQueue中也有类似的任务(操作)和队列(操作队列)的概念。

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。
在 GCD 中是放在 block 中的。在 NSOperation 中,我们使用 NSOperation 子类 NSInvocationOperation、NSBlockOperation,或者自定义子类来封装操作。
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。不同于 GCD 中的调度队列 FIFO(先进先出)的原则。NSOperationQueue 对于添加到队列中的操作,首先进入准备就绪的状态(就绪状态取决于操作之间的依赖关系),然后进入就绪状态的操作的开始执行顺序(非结束执行顺序)由操作之间相对的优先级决定(优先级是操作对象自身的属性)。
操作队列通过设置最大并发操作数(maxConcurrentOperationCount)来控制并发、串行。
NSOperationQueue 为我们提供了两种不同类型的队列:主队列和自定义队列。主队列运行在主线程之上,而自定义队列在后台执行。

NSOperation、NSOperationQueue 使用步骤

NSOperation 需要配合 NSOperationQueue 来实现多线程。因为默认情况下,NSOperation 单独使用时系统同步执行操作,配合 NSOperationQueue 我们能更好的实现异步执行。

NSOperation 实现多线程的使用步骤分为三步:

创建操作:先将需要执行的操作封装到一个 NSOperation 对象中。
创建队列:创建 NSOperationQueue 对象。
将操作加入到队列中:将 NSOperation 对象添加到 NSOperationQueue 对象中。
之后系统就会自动将 NSOperationQueue 中的 NSOperation 取出来,在新线程中执行操作。

NSOperation 和 NSOperationQueue 基本使用

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。

使用子类 NSInvocationOperation
使用子类 NSBlockOperation
自定义继承自 NSOperation 的子类,通过实现内部相应的方法来封装操作。
在不使用 NSOperationQueue,单独使用 NSOperation 的情况下系统同步执行操作,下面我们学习以下操作的三种创建方式。

使用子类 NSInvocationOperation

- (void)useInvocationOperation {
   NSInvocationOperation *op = [[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector:@selector(task) object:nil];
   [op start];
}

- (void)task {
   for (int i = 0; i < 2; i++) {
   	[NSThread sleepForTimeInterval:2]; 
      NSLog(@"Thread : %@", [NSThread currentThread]); 
   }
}  

输出结果:

2019-12-02 18:10:42.765469+0800 YCTest[2971:74174] Thread : <NSThread: 0x600000196c40>{number = 1, name = main}
2019-12-02 18:10:44.767111+0800 YCTest[2971:74174] Thread : <NSThread: 0x600000196c40>{number = 1, name = main}

可以看到:在没有使用 NSOperationQueue,在主线程中单独使用使用子类 NSInvocationOperation 执行一个操作的情况下,操作是在当前线程执行的,并没有开启新线程。
如果在其他线程中执行操作,则打印结果为其他线程。

结论:在其他线程中单独使用子类 NSInvocationOperation,操作是在当前调用的其他线程执行的,并没有开启新线程。

使用子类 NSBlockOperation

- (void)useBlockOperation {
    NSBlockOperation *op = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        for (int i = 0; i < 2; i++) {
         	 [NSThread sleepForTimeInterval:2]; 
           NSLog(@"Thread : %@", [NSThread currentThread]);        
        }
    }];
    [op start];
}  

输出结果:

2019-12-02 18:15:20.386650+0800 YCTest[3014:76923] Thread : <NSThread: 0x6000013521c0>{number = 1, name = main}
2019-12-02 18:15:22.387041+0800 YCTest[3014:76923] Thread : <NSThread: 0x6000013521c0>{number = 1, name = main}

可以看到:在没有使用 NSOperationQueue、在主线程中单独使用 NSBlockOperation 执行一个操作的情况下,操作是在当前线程执行的,并没有开启新线程。
注意:和上边 NSInvocationOperation 使用一样。因为代码是在主线程中调用的,所以打印结果为主线程。如果在其他线程中执行操作,则打印结果为其他线程。

但是,NSBlockOperation 还提供了一个方法addExecutionBlock:,通过 addExecutionBlock:就可以为 NSBlockOperation 添加额外的操作。这些操作(包括 blockOperationWithBlock 中的操作)可以在不同的线程中同时(并发)执行。只有当所有相关的操作已经完成执行时,才视为完成。

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。(可以使用 addExecutionBlock: 多添加几个操作试试)。

- (void)useBlockOperationAddExecutionBlock {
    NSBlockOperation *op = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        for (int i = 0; i < 2; i++) {
			[NSThread sleepForTimeInterval:2];        
			NSLog(@"NSThread : %@", [NSThread currentThread]); 
        }
    }];

    [op addExecutionBlock:^{
        for (int i = 0; i < 2; i++) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2];  
            NSLog(@"NSThread 2 : %@", [NSThread currentThread]);  
        }
    }];
    
    [op addExecutionBlock:^{
        for (int i = 0; i < 2; i++) {
           [NSThread sleepForTimeInterval:2];              			  NSLog(@"NSThread 3 : %@", [NSThread currentThread]);  
        }
    }];
    
    [op addExecutionBlock:^{
        for (int i = 0; i < 2; i++) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2];  
            NSLog(@"NSThread 4 : %@", [NSThread currentThread]); 
        }
    }];
    
    [op addExecutionBlock:^{
        for (int i = 0; i < 2; i++) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2];  
            NSLog(@"NSThread 5 : %@", [NSThread currentThread]);
        }
    }];
    
    [op addExecutionBlock:^{
        for (int i = 0; i < 2; i++) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2]; 
            NSLog(@"NSThread 6 : %@", [NSThread currentThread]);
        }
    }];

    [op start];
}  

输出结果:

2019-12-02 18:21:18.318167+0800 YCTest[3046:79921] NSThread 4 : <NSThread: 0x6000039d8400>{number = 5, name = (null)}
2019-12-02 18:21:18.318181+0800 YCTest[3046:79926] NSThread 3 : <NSThread: 0x6000039d2f40>{number = 8, name = (null)}
2019-12-02 18:21:18.318189+0800 YCTest[3046:79794] NSThread : <NSThread: 0x6000039821c0>{number = 1, name = main}
2019-12-02 18:21:18.318189+0800 YCTest[3046:79915] NSThread 2 : <NSThread: 0x6000039f9700>{number = 9, name = (null)}
2019-12-02 18:21:20.319627+0800 YCTest[3046:79915] NSThread 2 : <NSThread: 0x6000039f9700>{number = 9, name = (null)}
2019-12-02 18:21:20.319627+0800 YCTest[3046:79794] NSThread : <NSThread: 0x6000039821c0>{number = 1, name = main}
2019-12-02 18:21:20.319627+0800 YCTest[3046:79926] NSThread 3 : <NSThread: 0x6000039d2f40>{number = 8, name = (null)}
2019-12-02 18:21:20.319627+0800 YCTest[3046:79921] NSThread 4 : <NSThread: 0x6000039d8400>{number = 5, name = (null)}
2019-12-02 18:21:22.321249+0800 YCTest[3046:79915] NSThread 6 : <NSThread: 0x6000039f9700>{number = 9, name = (null)}
2019-12-02 18:21:22.321251+0800 YCTest[3046:79794] NSThread 5 : <NSThread: 0x6000039821c0>{number = 1, name = main}
2019-12-02 18:21:24.321687+0800 YCTest[3046:79794] NSThread 5 : <NSThread: 0x6000039821c0>{number = 1, name = main}
2019-12-02 18:21:24.321687+0800 YCTest[3046:79915] NSThread 6 : <NSThread: 0x6000039f9700>{number = 9, name = (null)}

可以看出:使用子类 NSBlockOperation,并调用方法AddExecutionBlock:的情况下,blockOperationWithBlock:方法中的操作 和 addExecutionBlock: 中的操作是在不同的线程中异步执行的。而且,这次执行结果中 blockOperationWithBlock:方法中的操作也不是在当前线程(主线程)中执行的。从而印证了blockOperationWithBlock: 中的操作也可能会在其他线程(非当前线程)中执行。

一般情况下,如果一个 NSBlockOperation 对象封装了多个操作。NSBlockOperation 是否开启新线程,取决于操作的个数。如果添加的操作的个数多,就会自动开启新线程。当然开启的线程数是由系统来决定的。

使用自定义继承自 NSOperation 的子类

如果使用子类 NSInvocationOperation、NSBlockOperation 不能满足日常需求,我们可以使用自定义继承自 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。重写main方法比较简单,我们不需要管理操作的状态属性 isExecuting 和 isFinished。当 main 执行完返回的时候,这个操作就结束了。

定义一个继承自 NSOperation 的子类 YCOperation,重写main方法。

@interface YCOperation : NSOperation

@end
 
@implementation YCOperation

- (void)main {
    if (!self.isCancelled) {
        for (int i = 0; i < 2; i++) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2];
            NSLog(@"NSThread : %@", [NSThread currentThread]);
        }
    }
}

@end

- (void)useCustomOperation {
    YCOperation *op = [[YCOperation alloc] init];
    [op start];
}

输出结果:

2019-12-02 18:25:33.319039+0800 YCTest[3080:82116] NSThread : <NSThread: 0x600002236300>{number = 1, name = main}
2019-12-02 18:25:35.320127+0800 YCTest[3080:82116] NSThread : <NSThread: 0x600002236300>{number = 1, name = main}

可以看出:在没有使用 NSOperationQueue、在主线程单独使用自定义继承自 NSOperation 的子类的情况下,是在主线程执行操作,并没有开启新线程。

创建队列
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(注:不包括操作使用addExecutionBlock:添加的额外操作,额外操作可能在其他线程执行,感谢指正)。

主队列获取方法

[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 alloc] init]

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。
那么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:

addOperation

- (void)addOperationToQueue {
    NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];

    NSInvocationOperation *op1 = [[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector:@selector(task1) object:nil];
    NSInvocationOperation *op2 = [[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector:@selector(task2) object:nil];
    NSBlockOperation *op3 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        for (int i = 0; i < 2; i++) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2];  
            NSLog(@"Thread 3 : %@", [NSThread currentThread]);
        }
    }];
    [op3 addExecutionBlock:^{
        for (int i = 0; i < 2; i++) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2];  
            NSLog(@"Thread 4 : %@", [NSThread currentThread]);
        }
    }];

    [queue addOperation:op1];  
    [queue addOperation:op2];  
    [queue addOperation:op3]; 
}

输出结果:

2019-12-02 18:33:22.796673+0800 YCTest[3149:86613] Thread 4 : <NSThread: 0x6000034f5400>{number = 4, name = (null)}
2019-12-02 18:33:22.796751+0800 YCTest[3149:86621] Thread 1 : <NSThread: 0x6000034fd840>{number = 3, name = (null)}
2019-12-02 18:33:22.796766+0800 YCTest[3149:86620] Thread 2 : <NSThread: 0x600003429140>{number = 9, name = (null)}
2019-12-02 18:33:22.796770+0800 YCTest[3149:86618] Thread 3 : <NSThread: 0x600003421180>{number = 10, name = (null)}
2019-12-02 18:33:24.797507+0800 YCTest[3149:86620] Thread 2 : <NSThread: 0x600003429140>{number = 9, name = (null)}
2019-12-02 18:33:24.797494+0800 YCTest[3149:86618] Thread 3 : <NSThread: 0x600003421180>{number = 10, name = (null)}
2019-12-02 18:33:24.797495+0800 YCTest[3149:86613] Thread 4 : <NSThread: 0x6000034f5400>{number = 4, name = (null)}
2019-12-02 18:33:24.797569+0800 YCTest[3149:86621] Thread 1 : <NSThread: 0x6000034fd840>{number = 3, name = (null)}

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

addOperationWithBlock
无需先创建操作,在 block 中添加操作,直接将包含操作的 block 加入到队列。

- (void)addOperationWithBlockToQueue {
    NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];
    [queue addOperationWithBlock:^{
        for (int i = 0; i < 2; i++) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2];  
            NSLog(@"Thread 1 : %@", [NSThread currentThread]);  
        }
    }];
    [queue addOperationWithBlock:^{
        for (int i = 0; i < 2; i++) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2]; 
            NSLog(@"Thread 2 : %@", [NSThread currentThread]);    
        }
    }];
    [queue addOperationWithBlock:^{
        for (int i = 0; i < 2; i++) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2];  
            NSLog(@"Thread 3 : %@", [NSThread currentThread]);  
        }
    }];
}  

输出结果:

2019-12-02 18:37:23.028767+0800 YCTest[3178:88816] Thread 1 : <NSThread: 0x600000cbaac0>{number = 5, name = (null)}
2019-12-02 18:37:23.028767+0800 YCTest[3178:88819] Thread 3 : <NSThread: 0x600000c6de00>{number = 8, name = (null)}
2019-12-02 18:37:23.028798+0800 YCTest[3178:88813] Thread 2 : <NSThread: 0x600000c66080>{number = 9, name = (null)}
2019-12-02 18:37:25.030463+0800 YCTest[3178:88813] Thread 2 : <NSThread: 0x600000c66080>{number = 9, name = (null)}
2019-12-02 18:37:25.030463+0800 YCTest[3178:88816] Thread 1 : <NSThread: 0x600000cbaac0>{number = 5, name = (null)}
2019-12-02 18:37:25.030463+0800 YCTest[3178:88819] Thread 3 : <NSThread: 0x600000c6de00>{number = 8, 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。

NSOperationQueue 控制串行执行、并发执行

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

这里有个关键属性 maxConcurrentOperationCount,叫做最大并发操作数。用来控制一个特定队列中可以有多少个操作同时参与并发执行。

注意:这里 maxConcurrentOperationCount 控制的不是并发线程的数量,而是一个队列中同时能并发执行的最大操作数。而且一个操作也并非只能在一个线程中运行。

最大并发操作数:maxConcurrentOperationCount
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{自己设定的值,系统设定的默认最大值}。

- (void)setMaxConcurrentOperationCount {
    NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];
    queue.maxConcurrentOperationCount = 2;  
    [queue addOperationWithBlock:^{
        for (int i = 0; i < 2; i++) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2];  
            NSLog(@"Thread 1 : %@", [NSThread currentThread]);
        }
    }];
    [queue addOperationWithBlock:^{
        for (int i = 0; i < 2; i++) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2]; 
            NSLog(@"Thread 2 : %@", [NSThread currentThread]);
        }
    }];
}  

最大并发操作数为1 输出结果:

2019-12-02 18:40:50.455893+0800 YCTest[3209:90870] Thread 1 : <NSThread: 0x6000001a7580>{number = 8, name = (null)}
2019-12-02 18:40:52.456843+0800 YCTest[3209:90870] Thread 1 : <NSThread: 0x6000001a7580>{number = 8, name = (null)}
2019-12-02 18:40:54.461261+0800 YCTest[3209:90866] Thread 2 : <NSThread: 0x60000015b800>{number = 9, name = (null)}
2019-12-02 18:40:56.464548+0800 YCTest[3209:90866] Thread 2 : <NSThread: 0x60000015b800>{number = 9, name = (null)}  

最大并发操作数为2 输出结果:

2019-12-02 18:41:38.299277+0800 YCTest[3227:91679] Thread 1 : <NSThread: 0x60000171bc80>{number = 5, name = (null)}
2019-12-02 18:41:38.299281+0800 YCTest[3227:91670] Thread 2 : <NSThread: 0x60000171e740>{number = 4, name = (null)}
2019-12-02 18:41:40.299803+0800 YCTest[3227:91670] Thread 2 : <NSThread: 0x60000171e740>{number = 4, name = (null)}
2019-12-02 18:41:40.299804+0800 YCTest[3227:91679] Thread 1 : <NSThread: 0x60000171bc80>{number = 5, 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。

NSOperation 操作依赖

NSOperation、NSOperationQueue 最吸引人的地方是它能添加操作之间的依赖关系。通过操作依赖,我们可以很方便的控制操作之间的执行先后顺序。NSOperation 提供了3个接口供我们管理和查看依赖。

- (void)addDependency:(NSOperation *)op; 添加依赖,使当前操作依赖于操作 op 的完成。
- (void)removeDependency:(NSOperation *)op; 移除依赖,取消当前操作对操作 op 的依赖。
@property (readonly, copy) NSArray<NSOperation *> *dependencies;

在当前操作开始执行之前完成执行的所有操作对象数组。
当然,我们经常用到的还是添加依赖操作。现在考虑这样的需求,比如说有 A、B 两个操作,其中 A 执行完操作,B 才能执行操作。
如果使用依赖来处理的话,那么就需要让操作 B 依赖于操作 A。具体代码如下:

- (void)addDependency {
    NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];
    NSBlockOperation *op1 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        for (int i = 0; i < 2; i++) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2];  
            NSLog(@"Thread 1 : %@", [NSThread currentThread]); 
        }
    }];
    NSBlockOperation *op2 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        for (int i = 0; i < 2; i++) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2]; 
            NSLog(@"Thread 2 : %@", [NSThread currentThread]); 
        }
    }];

    // 添加依赖 先执行op1,再执行op2
    [op2 addDependency:op1];  
    [queue addOperation:op1];
    [queue addOperation:op2];
}  

输出结果:

2019-12-02 18:45:29.981743+0800 YCTest[3254:93774] Thread 1 : <NSThread: 0x600000d58340>{number = 4, name = (null)}
2019-12-02 18:45:31.986099+0800 YCTest[3254:93774] Thread 1 : <NSThread: 0x600000d58340>{number = 4, name = (null)}
2019-12-02 18:45:33.989763+0800 YCTest[3254:93774] Thread 2 : <NSThread: 0x600000d58340>{number = 4, name = (null)}
2019-12-02 18:45:35.992869+0800 YCTest[3254:93774] Thread 2 : <NSThread: 0x600000d58340>{number = 4, name = (null)}

可以看到:通过添加操作依赖,无论运行几次,其结果都是 op1 先执行,op2 后执行。

NSOperation 优先级

NSOperation 提供了queuePriority(优先级)属性,queuePriority属性适用于同一操作队列中的操作,不适用于不同操作队列中的操作。默认情况下,所有新创建的操作对象优先级都是NSOperationQueuePriorityNormal。但是我们可以通过setQueuePriority:方法来改变当前操作在同一队列中的执行优先级。

优先级的取值

typedef NS_ENUM(NSInteger, NSOperationQueuePriority) {
    NSOperationQueuePriorityVeryLow = -8L,
    NSOperationQueuePriorityLow = -4L,
    NSOperationQueuePriorityNormal = 0,
    NSOperationQueuePriorityHigh = 4,
    NSOperationQueuePriorityVeryHigh = 8
};

上边我们说过:对于添加到队列中的操作,首先进入准备就绪的状态(就绪状态取决于操作之间的依赖关系),然后进入就绪状态的操作的开始执行顺序(非结束执行顺序)由操作之间相对的优先级决定(优先级是操作对象自身的属性)。

那么,什么样的操作才是进入就绪状态的操作呢?

当一个操作的所有依赖都已经完成时,操作对象通常会进入准备就绪状态,等待执行。
举个例子,现在有4个优先级都是 NSOperationQueuePriorityNormal(默认级别)的操作:op1,op2,op3,op4。其中 op3 依赖于 op2,op2 依赖于 op1,即 op3 -> op2 -> op1。现在将这4个操作添加到队列中并发执行。

因为 op1 和 op4 都没有需要依赖的操作,所以在 op1,op4 执行之前,就是处于准备就绪状态的操作。
而 op3 和 op2 都有依赖的操作(op3 依赖于 op2,op2 依赖于 op1),所以 op3 和 op2 都不是准备就绪状态下的操作。
理解了进入就绪状态的操作,那么我们就理解了queuePriority 属性的作用对象。

queuePriority 属性决定了进入准备就绪状态下的操作之间的开始执行顺序。并且,优先级不能取代依赖关系。

如果一个队列中既包含高优先级操作,又包含低优先级操作,并且两个操作都已经准备就绪,那么队列先执行高优先级操作。比如上例中,如果 op1 和 op4 是不同优先级的操作,那么就会先执行优先级高的操作。

如果,一个队列中既包含了准备就绪状态的操作,又包含了未准备就绪的操作,未准备就绪的操作优先级比准备就绪的操作优先级高。那么,虽然准备就绪的操作优先级低,也会优先执行。优先级不能取代依赖关系。如果要控制操作间的启动顺序,则必须使用依赖关系。

NSOperation、NSOperationQueue 线程间的通信

在 iOS 开发过程中,我们一般在主线程里边进行 UI 刷新,例如:点击、滚动、拖拽等事件。我们通常把一些耗时的操作放在其他线程,比如说图片下载、文件上传等耗时操作。而当我们有时候在其他线程完成了耗时操作时,需要回到主线程,那么就用到了线程之间的通讯。

线程间通信

- (void)communication {
    NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc]init];
    [queue addOperationWithBlock:^{
        // 异步进行耗时操作
        for (int i = 0; i < 2; i++) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2]; 
            NSLog(@"Thread 1 : %@", [NSThread currentThread]);
        }


        [[NSOperationQueue mainQueue] addOperationWithBlock:^{
            for (int i = 0; i < 2; i++) {
                [NSThread sleepForTimeInterval:2]; 
                NSLog(@"Thread 1%@", [NSThread currentThread]); 
            }
        }];
    }];
}

可以看到:通过线程间的通信,先在其他线程中执行操作,等操作执行完了之后再回到主线程执行主线程的相应操作。

NSOperation、NSOperationQueue 线程同步和线程安全

线程安全:如果你的代码所在的进程中有多个线程在同时运行,而这些线程可能会同时运行这段代码。如果每次运行结果和单线程运行的结果是一样的,而且其他的变量的值也和预期的是一样的,就是线程安全的。
若每个线程中对全局变量、静态变量只有读操作,而无写操作,一般来说,这个全局变量是线程安全的;若有多个线程同时执行写操作(更改变量),一般都需要考虑线程同步,否则的话就可能影响线程安全。

线程同步:可理解为线程 A 和 线程 B 一块配合,A 执行到一定程度时要依靠线程 B 的某个结果,于是停下来,示意 B 运行;B 依言执行,再将结果给 A;A 再继续操作。

举个简单例子就是:两个人在一起聊天。两个人不能同时说话,避免听不清(操作冲突)。等一个人说完(一个线程结束操作),另一个再说(另一个线程再开始操作)。

下面,我们模拟火车票售卖的方式,实现 NSOperation 线程安全和解决线程同步问题。

场景:总共有50张火车票,有两个售卖火车票的窗口,一个是北京火车票售卖窗口,另一个是上海火车票售卖窗口。两个窗口同时售卖火车票,卖完为止。

NSOperation、NSOperationQueue 非线程安全
先来看看不考虑线程安全的代码:


- (void)initTicketStatusNotSave {
    NSLog(@"currentThread---%@",[NSThread currentThread]);  

    self.ticketSurplusCount = 50;

    // 1.创建 queue1,queue1 代表北京火车票售卖窗口
    NSOperationQueue *queue1 = [[NSOperationQueue alloc] init];
    queue1.maxConcurrentOperationCount = 1;

    // 2.创建 queue2,queue2 代表上海火车票售卖窗口
    NSOperationQueue *queue2 = [[NSOperationQueue alloc] init];
    queue2.maxConcurrentOperationCount = 1;

    // 3.创建卖票操作 op1
    NSBlockOperation *op1 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        [self saleTicketNotSafe];
    }];

    // 4.创建卖票操作 op2
    NSBlockOperation *op2 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        [self saleTicketNotSafe];
    }];

    // 5.添加操作,开始卖票
    [queue1 addOperation:op1];
    [queue2 addOperation:op2];
}  

- (void)saleTicketNotSafe {
    while (1) {
        if (self.ticketSurplusCount > 0) {
            //如果还有票,继续售卖
            self.ticketSurplusCount--;
            NSLog(@"%@", [NSString stringWithFormat:@"剩余票数:%d 窗口:%@", self.ticketSurplusCount, [NSThread currentThread]]);
            [NSThread sleepForTimeInterval:0.2];
        } else {
            NSLog(@"所有火车票均已售完");
            break;
        }
    }
}

可以看到:在不考虑线程安全,不使用 NSLock 情况下,得到票数是错乱的,这样显然不符合我们的需求,所以我们需要考虑线程安全问题。

NSOperation、NSOperationQueue 线程安全
线程安全解决方案:可以给线程加锁,在一个线程执行该操作的时候,不允许其他线程进行操作。
iOS 实现线程加锁有很多种方式。@synchronized、 NSLock、NSRecursiveLock、NSCondition、NSConditionLock、pthread_mutex、dispatch_semaphore、OSSpinLock、atomic(property) set/ge等等各种方式。
这里我们使用 NSLock 对象来解决线程同步问题。NSLock 对象可以通过进入锁时调用 lock 方法,解锁时调用 unlock 方法来保证线程安全。

- (void)initTicketStatusSave {
    NSLog(@"currentThread---%@",[NSThread currentThread]);  
    self.ticketSurplusCount = 50;

    self.lock = [[NSLock alloc] init];  // 初始化 NSLock 对象

    // 1.创建 queue1,queue1 代表北京火车票售卖窗口
    NSOperationQueue *queue1 = [[NSOperationQueue alloc] init];
    queue1.maxConcurrentOperationCount = 1;

    // 2.创建 queue2,queue2 代表上海火车票售卖窗口
    NSOperationQueue *queue2 = [[NSOperationQueue alloc] init];
    queue2.maxConcurrentOperationCount = 1;

    // 3.创建卖票操作 op1
    NSBlockOperation *op1 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        [self saleTicketSafe];
    }];

    // 4.创建卖票操作 op2
    NSBlockOperation *op2 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        [self saleTicketSafe];
    }];

    // 5.添加操作,开始卖票
    [queue1 addOperation:op1];
    [queue2 addOperation:op2];
}

- (void)saleTicketSafe {
    while (1) {
        // 加锁
        [self.lock lock];

        if (self.ticketSurplusCount > 0) {
            //如果还有票,继续售卖
            self.ticketSurplusCount--;
            NSLog(@"%@", [NSString stringWithFormat:@"剩余票数:%d 窗口:%@", self.ticketSurplusCount, [NSThread currentThread]]);
            [NSThread sleepForTimeInterval:0.2];
        }

        // 解锁
        [self.lock unlock];

        if (self.ticketSurplusCount <= 0) {
            NSLog(@"所有火车票均已售完");
            break;
        }
    }
}

可以看出:在考虑了线程安全,使用 NSLock 加锁、解锁机制的情况下,得到的票数是正确的,没有出现混乱的情况。我们也就解决了多个线程同步的问题。

NSOperation、NSOperationQueue 常用属性和方法归纳

NSOperation 常用属性和方法

取消操作方法
- (void)cancel; 可取消操作,实质是标记 isCancelled 状态。
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。
操作同步
- (void)waitUntilFinished; 阻塞当前线程,直到该操作结束。可用于线程执行顺序的同步。
- (void)setCompletionBlock:(void (^)(void))block; completionBlock 会在当前操作执行完毕时执行 completionBlock。
- (void)addDependency:(NSOperation *)op; 添加依赖,使当前操作依赖于操作 op 的完成。
- (void)removeDependency:(NSOperation *)op; 移除依赖,取消当前操作对操作 op 的依赖。
@property (readonly, copy) NSArray<NSOperation *> *dependencies; 在当前操作开始执行之前完成执行的所有操作对象数组。

NSOperationQueue 常用属性和方法

取消/暂停/恢复操作
- (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。
操作同步
- (void)waitUntilAllOperationsAreFinished; 阻塞当前线程,直到队列中的操作全部执行完毕。
添加/获取操作`
- (void)addOperationWithBlock:(void (^)(void))block; 向队列中添加一个 NSBlockOperation 类型操作对象。
- (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。
获取队列
+ (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。
+ (id)mainQueue; 获取主队列。

注意:

这里的暂停和取消(包括操作的取消和队列的取消)并不代表可以将当前的操作立即取消,而是当当前的操作执行完毕之后不再执行新的操作。

暂停和取消的区别就在于:暂停操作之后还可以恢复操作,继续向下执行;而取消操作之后,所有的操作就清空了,无法再接着执行剩下的操作。