iOS多线程之NSOperation<三>

我们在前面两节分别讲了iOS多线程的Pthrea、NSThread和GCD，那么我们关于多线程的学习就剩下最后一个内容，就是NSOperation。
NSOperation NSOperation其实是对GCD的封装，表示了一个独立的计算单元。NSOperation本身是一个抽象类，对我们来说并没有什么实用价值，但是系统帮我们封装了两个它的子类，并且我们也可以自己去封装，它的之类都是用线程安全的方式来建立状态、优先级、依赖性和取消等的模型。
很多执行任务类型的案例都很好的运用了NSOperation，包括网络请求，图像压缩，自然语言处理或者其他很多需要返回处理后数据的、可重复的、结构化的、相对长时间运行的任务。
前面学习GCD的时候我们知道，GCD有两个核心概念就是任务和队列，不能只创建任务，然后置之不理，那样并没有什么用处，NSOperation也是一样的，我们不能仅仅把计算单元做好之后就不管它了，我们还是和GCD一样把它放进一个队列中进行调度，这样我们的计算单元才会运作起来，这时候我们就需要另一个概念：NSOperationQueue。
NSOperationQueue 控制着这些操作的执行，它扮演者任务调度的角色，它总是能在遵循先进先出的原则下‘让高优先级操作’能先于‘低优先级操作’运行，使它管理的操作能基本。
接下来我们先不着急看NSOperation和NSOperationQueue给了我们什么接口，等我们先学习NSOperation有哪些操作可以使用。

状态

NSOperation包含了一个十分优雅的状态机来描述每一个操作的执行。

isReady → isExecuting → isFinished

为了替代不那么清晰的state属性，状态直接由上面那些keypath的KVO通知决定，也就是说，当一个操作在准备好被执行的时候，它发送了一个KVO通知给isReady的keypath，让这个keypath对应的属性isReady在被访问的时候返回YES。

每一个属性对于其他的属性必须是互相独立不同的，也就是同时只可能有一个属性返回YES，从而才能维护一个连续的状态： - isReady: 返回 YES 表示操作已经准备好被执行, 如果返回NO则说明还有其他没有先前的相关步骤没有完成。 - isExecuting: 返回YES表示操作正在执行，反之则没在执行。 - isFinished : 返回YES表示操作执行成功或者被取消了，NSOperationQueue只有当它管理的所有操作的isFinished属性全标为YES以后操作才停止出列，也就是队列停止运行，所以正确实现这个方法对于避免死锁很关键。

取消

早些取消那些没必要的操作是十分有用的。取消的原因可能包括用户的明确操作或者某个相关的操作失败。

与之前的执行状态类似，当NSOperation的-cancel状态调用的时候会通过KVO通知isCancelled的keypath来修改isCancelled属性的返回值，NSOperation需要尽快地清理一些内部细节，而后到达一个合适的最终状态。这个时候isCancelled和isFinished的值将是YES，而isExecuting的值则为NO。

优先级

不可能所有的操作都是一样重要，通过以下的顺序设置queuePriority属性可以加快或者推迟操作的执行：

NSOperationQueuePriorityVeryHigh
NSOperationQueuePriorityHigh
NSOperationQueuePriorityNormal
NSOperationQueuePriorityLow
NSOperationQueuePriorityVeryLow

此外，有些操作还可以指定threadPriority的值，它的取值范围可以从0.0到1.0，1.0代表最高的优先级。鉴于queuePriority属性决定了操作执行的顺序，threadPriority则指定了当操作开始执行以后的CPU计算能力的分配，如果你不知道这是什么，好吧，你可能根本没必要知道这是什么。

依赖性

根据你应用的复杂度不同，将大任务再分成一系列子任务一般都是很有意义的，而你能通过NSOperation
的依赖性实现。
比如说，对于服务器下载并压缩一张图片的整个过程，你可能会将这个整个过程分为两个操作（可能你还会用到这个网络子过程再去下载另一张图片，然后用压缩子过程去压缩磁盘上的图片）。显然图片需要等到下载完成之后才能被调整尺寸，所以我们定义网络子操作是压缩子操作的依赖，通过代码来说就是：

[resizingOperation addDependency:networkingOperation];//设置resizingOperation依赖networkingOperation
[operationQueue addOperation:networkingOperation];//操作添加进队列
[operationQueue addOperation:resizingOperation];//操作添加进队列

除非一个操作的依赖的isFinished返回YES，不然这个操作不会开始。时时牢记将所有的依赖关系添加到操作队列很重要，不然会像走路遇到一条大沟，就走不过去了哟。
此外，确保不要意外地创建依赖循环，像A依赖B，B又依赖A，这也会导致杯具的死锁。

completionBlock

有一个在iOS 4和Snow Leopard新加入的十分有用的功能就是completionBlock属性。

每当一个NSOperation执行完毕，它就会调用它的completionBlock属性一次，这提供了一个非常好的方式让你能在视图控制器(View Controller)里或者模型(Model)里加入自己更多自己的代码逻辑。比如说，你可以在一个网络请求操作的completionBlock来处理操作执行完以后从服务器下载下来的数据。

对于现在Objective-C程序员必须掌握的工具中，NSOperation依然是最基本的一个。尽管GCD对于内嵌异步操作十分理想，NSOperation依旧提供更复杂、面向对象的计算模型，它对于涉及到各种类型数据、需要重复处理的任务又是更加理想的。在你的下一个项目里使用它吧，让它及带给用户欢乐，你自己也会很开心的。

之前了解过NSOperation的同学们可能看出来了，没错，上面就是翻译Mattt Thompson的，学过iOS的应该都知道这位大神。

下面我们开始学NSOperation和NSOperationQueue给我们提供的接口，然后针对常用接口的用法示例。

执行操作

//如果你子类化NSOperation类，你要重写start方法，如果你直接没有子类化，直接使用start，默认是在主线程执行的。
- (void)start;

//如果你子类化NSOperation类，你可以重写main方法，并且实现它。如果你这样做，你就没有必要调用super。
//你绝不能直接调用mian方法，你应该通过调用start方法启动你的线程。
//如果直接调用好像是会在主线程执行
- (void)main;

//在NSOperation的任务完成之后要执行的方法块
@property(copy) void (^completionBlock)(void);

获取Operation状态

//Operation是否被取消，getter方法用isCancelled
  @property (readonly, getter=isCancelled) BOOL cancelled;

//取消一个Operation
- (void)cancel;

//Operation是否在执行中，getter方法用isExecuting
@property (readonly, getter=isExecuting) BOOL executing;

//Operation操作是否完成，getter方法用isFinished
@property (readonly, getter=isFinished) BOOL finished;

//Operation操作是否是异步的，getter方法用isConcurrent，不建议使用，被下边的asynchronous方法取代了
@property (readonly, getter=isConcurrent) BOOL concurrent;

//同concurrent
@property (readonly, getter=isAsynchronous) BOOL asynchronous NS_AVAILABLE(10_8, 7_0);

//Operation操作是否已经准备就绪，getter方法用isFinished
@property (readonly, getter=isReady) BOOL ready;

依赖关系

依赖关系可以有效的安排操作的顺序

//添加依赖，就是在你添加的依赖Operation完成之后当前Operation才能开始执行
- (void)addDependency:(NSOperation *)op;

//删除一个之前添加的依赖Operation
- (void)removeDependency:(NSOperation *)op;

@property (readonly, copy) NSArray *dependencies;

优先级

typedef NS_ENUM(NSInteger, NSOperationQueuePriority) {
    NSOperationQueuePriorityVeryLow = -8L,
    NSOperationQueuePriorityLow = -4L,
    NSOperationQueuePriorityNormal = 0,
    NSOperationQueuePriorityHigh = 4,
    NSOperationQueuePriorityVeryHigh = 8
}; //优先级
//NSOperationQueue的优先级，对应上面的枚举
@property NSOperationQueuePriority queuePriority;

//这是线程优先级，已经被弃用了
@property double threadPriority NS_DEPRECATED(10_6, 10_10, 4_0, 8_0);

//这个东西在NSThread的时候已经说过了
@property NSQualityOfService qualityOfService NS_AVAILABLE(10_10, 8_0);

在NSThread的时候讲的NSQualityOfService，想看就看一下，在最后。

等待NSOperation完成

//知道operation完成之前，后面的代码都不会在执行，
//所以为了避免死锁，在operation启动之前不要调用该方法
- (void)waitUntilFinished;

NSOperationQueue

//添加一个操作
- (void)addOperation:(NSOperation *)op;

//添加一组Operation并且等到数组中的操作全部完成才会继续执行
- (void)addOperations:(NSArray *)ops waitUntilFinished:(BOOL)wait NS_AVAILABLE(10_6, 4_0);

//快速添加一个operation任务
- (void)addOperationWithBlock:(void (^)(void))block NS_AVAILABLE(10_6, 4_0);

//队列中的operations
@property (readonly, copy) NSArray<__kindof NSOperation *> *operations;

//操作的数量
@property (readonly) NSUInteger operationCount NS_AVAILABLE(10_6, 4_0);

//最大并发数
@property NSInteger maxConcurrentOperationCount;

//队列挂起，getter方法为isSuspended
@property (getter=isSuspended) BOOL suspended;

//队列名字
@property (nullable, copy) NSString *name NS_AVAILABLE(10_6, 4_0);

//说过了，去看NSThread最那里有写http://www.jianshu.com/p/b1962d8543ca
@property NSQualityOfService qualityOfService NS_AVAILABLE(10_10, 8_0);

//正在执行的操作的调度队列，默认值是nil，只有在队列中没有正在执行或排队的操作才能被设置这个属性，否则跑出NSInvalidArgumentException异常。
@property (nullable, assign /* actually retain */) dispatch_queue_t underlyingQueue NS_AVAILABLE(10_10, 8_0);

//取消队列中的所有操作，正在执行的操作不取消
- (void)cancelAllOperations;

//和Operations的waitUntilFinished方法一样，这个是等待队列中所有的操作完成
- (void)waitUntilAllOperationsAreFinished;

//获取当前的操作队列，只读属性
@property (class, readonly, strong, nullable) NSOperationQueue *currentQueue NS_AVAILABLE(10_6, 4_0);

//获取主队列，只读属性
@property (class, readonly, strong) NSOperationQueue *mainQueue NS_AVAILABLE(10_6, 4_0);

前面说了系统帮我们封装好了NSOperation的两个子类，下面我们就用这两个子类实现一下NSOperation的常用方法。
终于说到了NSOperation的子类，看一下NSInvocationOperation和NSBlockOperation两个的基本用法。
首先是不配合NSOperationQueue，看一下什么效果

NSLog(@"----");
    NSInvocationOperation *invocation = [[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector:@selector(funcation) object:nil]; //创建一个NSInvocationOperation 类型的Operation，绑定funcation方法
    [invocation start];
    NSLog(@"----");
    NSBlockOperation *block = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        [NSThread sleepForTimeInterval:1]; //线程睡眠
        NSLog(@"---NSBlockOperation--%@", [NSThread currentThread]);
    }]; //创建一个NSBlockOperation 类型的Operation，添加块方法
    [block start];

看一下输出结果

2017-08-25 15:27:25.785 NSOperation[2944:455806] ----
2017-08-25 15:27:26.787 NSOperation[2944:455806] ---invocation---{number = 1, name = main}
2017-08-25 15:27:26.788 NSOperation[2944:455806] ----
2017-08-25 15:27:27.789 NSOperation[2944:455806] ---NSBlockOperation--{number = 1, name = main}

从输出结果看都是在主线程执行中同步执行的，所以不配合NSOperationQueue并没有什么意义。

NSInvocationOperation

- (void)invocation {
    NSInvocationOperation *invocation = [[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector:@selector(funcation) object:nil];
    NSInvocationOperation *invocation2 = [[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector:@selector(funcation) object:nil];
    NSInvocationOperation *invocation3 = [[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector:@selector(funcation) object:nil];
    //1.创建队列
    NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc]init];
    [queue addOperation:invocation];
    [queue addOperation:invocation2];
    [queue addOperation:invocation3];
}

看一下输出结果

2017-08-25 15:41:34.088 NSOperation[2989:469234] ---invocation---{number = 4, name = (null)}
2017-08-25 15:41:34.088 NSOperation[2989:469216] ---invocation---{number = 5, name = (null)}
2017-08-25 15:41:34.088 NSOperation[2989:469218] ---invocation---{number = 3, name = (null)}

输出结果显示每个Operation都开辟了新线程，并且异步执行，那NSBlockOperation会不会是一样的呢，来看一下吧

- (void)block {
    NSBlockOperation *block1 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        [NSThread sleepForTimeInterval:1];
        NSLog(@"1----%@",[NSThread currentThread]);
    }];
    NSBlockOperation *block2 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        [NSThread sleepForTimeInterval:1];
        NSLog(@"2----%@",[NSThread currentThread]);
    }];
    NSBlockOperation *block3 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        [NSThread sleepForTimeInterval:1];
        NSLog(@"3----%@",[NSThread currentThread]);
    }];
    //创建队列
    NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc]init];
    [queue addOperation:block1];
    [queue addOperation:block2];
    [queue addOperation:block3];
}

一起看一下输出结果

2017-08-25 15:49:41.484 NSOperation[3013:475949] 1----{number = 5, name = (null)}
2017-08-25 15:49:41.484 NSOperation[3013:475951] 2----{number = 4, name = (null)}
2017-08-25 15:49:41.484 NSOperation[3013:475975] 3----{number = 3, name = (null)}

和NSInvocationOperation的结果一样呢，那接下来我们看一下还有什么好用的方法吧。
我们看到NSBlockOperation还有个addExecutionBlock方法，这是干嘛的呢？

- (void)block {
    NSBlockOperation *block1 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        [NSThread sleepForTimeInterval:1];
        NSLog(@"1----%@",[NSThread currentThread]);
    }];
    NSBlockOperation *block2 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        [NSThread sleepForTimeInterval:1];
        NSLog(@"2----%@",[NSThread currentThread]);
    }];
    [block2 addExecutionBlock:^{
        [NSThread sleepForTimeInterval:1];
        NSLog(@"4---%@", [NSThread currentThread]);
    }];
    NSBlockOperation *block3 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        [NSThread sleepForTimeInterval:1];
        NSLog(@"3----%@",[NSThread currentThread]);
    }];
    //创建队列
    NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc]init];
    [queue addOperation:block1];
    [queue addOperation:block2];
    [queue addOperation:block3];
}

先来看下打印结果再说

2017-08-25 16:10:35.735 NSOperation[3114:492996] 3----{number = 5, name = (null)}
2017-08-25 16:10:35.735 NSOperation[3114:493009] 2----{number = 4, name = (null)}
2017-08-25 16:10:35.735 NSOperation[3114:493008] 1----{number = 3, name = (null)}
2017-08-25 16:10:35.735 NSOperation[3114:492993] 4---{number = 6, name = (null)}

从结果来看似乎和新建一个NSBlockOperation效果一样啊，都是异步执行。
看看队列有中有什么好用的方法吧

//创建队列
NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc]init];
[queue setMaxConcurrentOperationCount:2];
[queue addOperation:block1];
[queue addOperation:block2];
[queue addOperation:block3];

输出结果：
2017-08-25 15:53:02.280 NSOperation[3034:479336] 1----{number = 3, name = (null)}
2017-08-25 15:53:02.280 NSOperation[3034:479338] 2----{number = 4, name = (null)}
2017-08-25 15:53:03.353 NSOperation[3034:479335] 3----{number = 5, name = (null)}

我们在刚刚的NSBlockOperation测试的基础上加上了一句[queue setMaxConcurrentOperationCount:2]，结果变得不一样了呢，3要比1和2晚一秒钟哦，刚好是3的睡眠时间，那就说明3是在1和2完成之后开始的，这就是最大并发量的作用，设置的数字就是它允许开辟的最大操作数数。
最后，我们发现除了刚开始在线程中任务顺序执行外，我们一直没讲串行，因为NSOperationQueue是并行队列，我们想要串行就把最大并发量设置为1就可以了，是不是简单多了，不需要再怕不小心把串行并行写错了。
前面有句话看清楚哦，是最大任务数，不是线程数，看看下面这种情况你就清楚其中的区别了

//创建队列
    NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc]init];
    [queue setMaxConcurrentOperationCount:1];//设置最大并发量
//    [block1 addDependency:block3];//设置block1依赖block3
    block1.queuePriority = NSOperationQueuePriorityHigh;
    [queue addOperation:block1];
    [queue addOperation:block2];
    [queue addOperation:block3];

输出结果：
2017-08-25 16:44:21.361 NSOperation[3366:527290] 1----{number = 3, name = (null)}
2017-08-25 16:44:22.435 NSOperation[3366:527290] 4---{number = 3, name = (null)}
2017-08-25 16:44:22.435 NSOperation[3366:527274] 2----{number = 4, name = (null)}
2017-08-25 16:44:23.482 NSOperation[3366:527274] 3----{number = 4, name = (null)}

所以看时间我们能看到2和4是同一时间执行的，所以setMaxConcurrentOperationCount只能控制人物数量。

前面说了好多遍依赖关系，看一下什么是依赖关系吧

//创建队列
    NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc]init];
    [queue setMaxConcurrentOperationCount:2];//设置最大并发量
    [block1 addDependency:block3];//设置block1依赖block3
    [queue addOperation:block1];
    [queue addOperation:block2];
    [queue addOperation:block3];

输出结果：
2017-08-25 16:00:12.378 NSOperation[3058:484669] 2----{number = 3, name = (null)}
2017-08-25 16:00:12.378 NSOperation[3058:484671] 3----{number = 4, name = (null)}
2017-08-25 16:00:13.380 NSOperation[3058:484668] 1----{number = 5, name = (null)}

诶，队列不是先进先出的吗？为什么线程不够的时候不是1和2先执行呢？反而3先执行了。噢，我们设置了1依赖3，所以当cpu要杀1的时候，1说“不行，要杀我，先杀3”，所以先执行了2和3，最后执行1。
也可以不初始化NSBlockOperation，直接在队列中添加block操作哦。

//创建队列
    NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc]init];
//    [queue setMaxConcurrentOperationCount:1];//设置最大并发量
//    [block1 addDependency:block3];//设置block1依赖block3
    block1.queuePriority = NSOperationQueuePriorityHigh;
    [queue addOperation:block1];
    [queue addOperation:block2];
    [queue addOperation:block3];
    
    [queue addOperationWithBlock:^{
        sleep(1);
        NSLog(@"5----%@",[NSThread currentThread]);
    }];

输出结果：
2017-08-25 16:41:30.151 NSOperation[3346:524342] 5----{number = 3, name = (null)}
2017-08-25 16:41:30.222 NSOperation[3346:524343] 1----{number = 4, name = (null)}
2017-08-25 16:41:30.222 NSOperation[3346:524345] 2----{number = 5, name = (null)}
2017-08-25 16:41:30.222 NSOperation[3346:524360] 3----{number = 6, name = (null)}
2017-08-25 16:41:30.222 NSOperation[3346:524359] 4---{number = 7, name = (null)}

看结果和用NSBlockOperation没什么区别哦

最后的最后，关于iOS多线程就到这里了，希望对后学者能有一些帮助，那将是我的荣幸。