IOS多线程学习七:NSOperation

文章目录

  • 1.简介
  • 2.操作和操作队列
  • 3.使用步骤
  • 4.基本使用
    • 4.1创建操作
      • 4.1.1 NSInvocationOperation
      • 4.1.2 NSBlockOperation
      • 4.1.3 自定义继承自NSOperation的子类
    • 4.2创建队列
      • 主队列
      • 自定义队列(非主队列)
    • 4.3 将操作加入到队列中
  • 5.控制串行并发
  • 6.操作依赖
  • 7.NSOperation优先级
  • 8.线程间通信
  • 9.其他
    • 9.1线程安全
      • NSLock
    • 9.2挂起
    • 9.3取消
  • 10常用属性和方法归纳

参考博文: https://www.jianshu.com/p/4b1d77054b35

1.简介

实际上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?
1.可添加完成的代码块,在操作完成后执行。
2.添加操作之前的依赖关系,方便的控制执行顺序。
3.设定操作执行的优先级
4.可以很方便的取消一个操作的执行。
5.使用KVO观察对操作执行状态的更改:isExecuting,isFinished,iscancel

2.操作和操作队列

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):
    操作的意思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
    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(取决于操作之间的依赖关系),然后进入就绪状态(操作的开始执行顺序,而非结束执行顺序,由操作间先对的优先级决定)。

  • 队列通过设置最大并发操作数(maxConcurrentOperation)来控制并发,串行。

  • NSOperationQueue提供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。

3.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操作。

NSOperation实现多线程的使用步骤分为三步:
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
之后,系统会自动将NSOpperationQueue中的NSOperation取出来,在新线程中执行操作。

4.基本使用

4.1创建操作

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。有三种方式:
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来封装操作。

如果没有加入队列中,需要调用[op start]启用操作。

在不使用NSOperationQueue,单独使用NSOperation的情况下系统同步执行操作。

4.1.1 NSInvocationOperation

/**
 * 使用子类 NSInvocationOperation
 */
- (void)useInvocationOperation {

    // 1.创建 NSInvocationOperation 对象
    NSInvocationOperation *op = [[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector:@selector(task1) object:nil];

    // 2.调用 start 方法开始执行操作
    [op start];
}

/**
 * 任务1
 */
- (void)task1 {
    for (int i = 0; i < 2; i++) {
        [NSThread sleepForTimeInterval:2]; // 模拟耗时操作
        NSLog(@"1---%@", [NSThread currentThread]); // 打印当前线程
    }
}

输出结果:
在这里插入图片描述
可以看到: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。

// 在其他线程使用子类 NSInvocationOperation
[NSThread detachNewThreadSelector:@selector(useInvocationOperation) toTarget:self withObject:nil];

输出结果:
在这里插入图片描述
可以看到:在其他线程中单独使用子类NSInvocationOperation,操作是在当前调用它的其他线程执行的,并没有开启新线程。

4.1.2 NSBlockOperation

/**
 * 使用子类 NSBlockOperation
 */
 * (void)useBlockOperation {

    // 1.创建 NSBlockOperation 对象
    NSBlockOperation *op = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        for (int i = 0; i < 2; i++) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2]; // 模拟耗时操作
            NSLog(@"1---%@", [NSThread currentThread]); // 打印当前线程
        }
    }];

    // 2.调用 start 方法开始执行操作
    [op start];
}

输出结果:
在这里插入图片描述

  • 可以看到:在没有使用NSOperationQueue,没有开启新线程。
    NSBlockOperation还提供了一个方法addExecutionBlock,为NSBlockOperation添加额外的操作。只要NSBlockOperation封装的操作数大于1,就会开启新线程,异步执行。
/**
 * 使用子类 NSBlockOperation
 * 调用方法 AddExecutionBlock:
 */
- (void)useBlockOperationAddExecutionBlock {

    // 1.创建 NSBlockOperation 对象
    NSBlockOperation *op = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        for (int i = 0; i < 2; i++) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2]; // 模拟耗时操作
            NSLog(@"1---%@", [NSThread currentThread]); // 打印当前线程
        }
    }];

    // 2.添加额外的操作
    [op addExecutionBlock:^{
        for (int i = 0; i < 2; i++) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2]; // 模拟耗时操作
            NSLog(@"2---%@", [NSThread currentThread]); // 打印当前线程
        }
    }];
    [op addExecutionBlock:^{
        for (int i = 0; i < 2; i++) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2]; // 模拟耗时操作
            NSLog(@"3---%@", [NSThread currentThread]); // 打印当前线程
        }
    }];
    [op addExecutionBlock:^{
        for (int i = 0; i < 2; i++) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2]; // 模拟耗时操作
            NSLog(@"4---%@", [NSThread currentThread]); // 打印当前线程
        }
    }];
    [op addExecutionBlock:^{
        for (int i = 0; i < 2; i++) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2]; // 模拟耗时操作
            NSLog(@"5---%@", [NSThread currentThread]); // 打印当前线程
        }
    }];
    [op addExecutionBlock:^{
        for (int i = 0; i < 2; i++) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2]; // 模拟耗时操作
            NSLog(@"6---%@", [NSThread currentThread]); // 打印当前线程
        }
    }];
    [op addExecutionBlock:^{
        for (int i = 0; i < 2; i++) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2]; // 模拟耗时操作
            NSLog(@"7---%@", [NSThread currentThread]); // 打印当前线程
        }
    }];
    [op addExecutionBlock:^{
        for (int i = 0; i < 2; i++) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2]; // 模拟耗时操作
            NSLog(@"8---%@", [NSThread currentThread]); // 打印当前线程
        }
    }];

    // 3.调用 start 方法开始执行操作
    [op start];
}

输出结果:
IOS多线程学习七:NSOperation_第1张图片

4.1.3 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
( 什么情况下不能满足日常需求?)
我们可以使用自定义自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方法执行完返回时,这个操作就结束了。

// YSCOperation.h 文件
#import 

@interface YSCOperation : NSOperation

@end

// YSCOperation.m 文件
#import "YSCOperation.h"

@implementation YSCOperation

- (void)main {
    if (!self.isCancelled) {
        for (int i = 0; i < 2; i++) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2];
            NSLog(@"1---%@", [NSThread currentThread]);
        }
    }
}

@end

然后在使用的时候导入头文件YSCOperation.h

/**
 * 使用自定义继承自 NSOperation 的子类
 */
- (void)useCustomOperation {
    // 1.创建 YSCOperation 对象
    YSCOperation *op = [[YSCOperation alloc] init];
    // 2.调用 start 方法开始执行操作
    [op start];
}

输出结果:
在这里插入图片描述
没有开启新线程。

4.2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串行,并行功能。

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。
不包括addExecutionBlock添加的额外操作,额外操作可能在其他线程执行)

// 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。

// 自定义队列创建方法
NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];

4.3 将操作加入到队列中

NSOperation需要配合NSOperationQueue来实现多线程。
操作加入队列有2种方法:
1.-(void)addOperation:(NSoperation*)op;

/**
 * 使用 addOperation: 将操作加入到操作队列中
 */
- (void)addOperationToQueue {

    // 1.创建队列
    NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];

    // 2.创建操作
    // 使用 NSInvocationOperation 创建操作1
    NSInvocationOperation *op1 = [[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector:@selector(task1) object:nil];

    // 使用 NSInvocationOperation 创建操作2
    NSInvocationOperation *op2 = [[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector:@selector(task2) object:nil];

    // 使用 NSBlockOperation 创建操作3
    NSBlockOperation *op3 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        for (int i = 0; i < 2; i++) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2]; // 模拟耗时操作
            NSLog(@"3---%@", [NSThread currentThread]); // 打印当前线程
        }
    }];
    [op3 addExecutionBlock:^{
        for (int i = 0; i < 2; i++) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2]; // 模拟耗时操作
            NSLog(@"4---%@", [NSThread currentThread]); // 打印当前线程
        }
    }];

    // 3.使用 addOperation: 添加所有操作到队列中
    [queue addOperation:op1]; // [op1 start]
    [queue addOperation:op2]; // [op2 start]
    [queue addOperation:op3]; // [op3 start]
}

结果:加入队列后会自动调[op start],并能开启新线程,进行并发执行。
IOS多线程学习七:NSOperation_第2张图片
2.-(void)addOperationWithBlock:(void(^)(void))block;
无需先创建操作,在block中添加操作,直接将包含操作的block加入队列中。

/**
 * 使用 addOperationWithBlock: 将操作加入到操作队列中
 */

 * (void)addOperationWithBlockToQueue {
    // 1.创建队列
    NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];

    // 2.使用 addOperationWithBlock: 添加操作到队列中
    [queue addOperationWithBlock:^{
        for (int i = 0; i < 2; i++) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2]; // 模拟耗时操作
            NSLog(@"1---%@", [NSThread currentThread]); // 打印当前线程
        }
    }];
    [queue addOperationWithBlock:^{
        for (int i = 0; i < 2; i++) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2]; // 模拟耗时操作
            NSLog(@"2---%@", [NSThread currentThread]); // 打印当前线程
        }
    }];
    [queue addOperationWithBlock:^{
        for (int i = 0; i < 2; i++) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2]; // 模拟耗时操作
            NSLog(@"3---%@", [NSThread currentThread]); // 打印当前线程
        }
    }];
}

结果:IOS多线程学习七:NSOperation_第3张图片

5.控制串行并发

最大并发操作数,maxConcurrentOperationCount,用来控制一个队列中可以有多少个操作同时参与并发执行。

  • 默认为-1,表示不进行限制,可进行并发执行。
  • 为1时,队列为串行队列。只能串行执行。
  • 大于1时,队列为并发队列。操作并发执行,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{自己设置的值,系统设定的默认最大值}
/**
 * 设置 MaxConcurrentOperationCount(最大并发操作数)
 */
- (void)setMaxConcurrentOperationCount {

    // 1.创建队列
    NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];

    // 2.设置最大并发操作数
    queue.maxConcurrentOperationCount = 1; // 串行队列
// queue.maxConcurrentOperationCount = 2; // 并发队列
// queue.maxConcurrentOperationCount = 8; // 并发队列

    // 3.添加操作
    [queue addOperationWithBlock:^{
        for (int i = 0; i < 2; i++) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2]; // 模拟耗时操作
            NSLog(@"1---%@", [NSThread currentThread]); // 打印当前线程
        }
    }];
    [queue addOperationWithBlock:^{
        for (int i = 0; i < 2; i++) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2]; // 模拟耗时操作
            NSLog(@"2---%@", [NSThread currentThread]); // 打印当前线程
        }
    }];
    [queue addOperationWithBlock:^{
        for (int i = 0; i < 2; i++) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2]; // 模拟耗时操作
            NSLog(@"3---%@", [NSThread currentThread]); // 打印当前线程
        }
    }];
    [queue addOperationWithBlock:^{
        for (int i = 0; i < 2; i++) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2]; // 模拟耗时操作
            NSLog(@"4---%@", [NSThread currentThread]); // 打印当前线程
        }
    }];
}
  • 并发操作数为1,串行队列,任务逐个执行
    IOS多线程学习七:NSOperation_第4张图片
  • 操作数为2,有2个操作可以参与并发执行。前两个操作完成后,继续2个操作并发执行。
    IOS多线程学习七:NSOperation_第5张图片

6.操作依赖

控制操作之间执行的先后顺序。 [op2 addDependency:op1];前者依赖于后者,后者先执行,再执行前者。

/**
 * 操作依赖
 * 使用方法:addDependency:
 */
- (void)addDependency {

    // 1.创建队列
    NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];

    // 2.创建操作
    NSBlockOperation *op1 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        for (int i = 0; i < 2; i++) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2]; // 模拟耗时操作
            NSLog(@"1---%@", [NSThread currentThread]); // 打印当前线程
        }
    }];
    NSBlockOperation *op2 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        for (int i = 0; i < 2; i++) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2]; // 模拟耗时操作
            NSLog(@"2---%@", [NSThread currentThread]); // 打印当前线程
        }
    }];

    // 3.添加依赖
    [op2 addDependency:op1]; // 让op2 依赖于 op1,则先执行op1,在执行op2

    // 4.添加操作到队列中
    [queue addOperation:op1];
    [queue addOperation:op2];
}

在这里插入图片描述

7.NSOperation优先级

// 优先级的取值
typedef NS_ENUM(NSInteger, NSOperationQueuePriority) {
    NSOperationQueuePriorityVeryLow = -8L,
    NSOperationQueuePriorityLow = -4L,
    NSOperationQueuePriorityNormal = 0,
    NSOperationQueuePriorityHigh = 4,
    NSOperationQueuePriorityVeryHigh = 8
};

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)。优先级不能取代依赖关系,如果要控制操作间的启动顺序,必须使用依赖关系。

8.线程间通信

当在子线程完成了耗时操作时,需要回到主线程,那么就用到了线程间的通信。

/**
 * 线程间通信
 */
- (void)communication {

    // 1.创建队列
    NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc]init];

    // 2.添加操作
    [queue addOperationWithBlock:^{
        // 异步进行耗时操作
        for (int i = 0; i < 2; i++) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2]; // 模拟耗时操作
            NSLog(@"1---%@", [NSThread currentThread]); // 打印当前线程
        }

        // 回到主线程
        [[NSOperationQueue mainQueue] addOperationWithBlock:^{
            // 进行一些 UI 刷新等操作
            for (int i = 0; i < 2; i++) {
                [NSThread sleepForTimeInterval:2]; // 模拟耗时操作
                NSLog(@"2---%@", [NSThread currentThread]); // 打印当前线程
            }
        }];
    }];
}

在这里插入图片描述

9.其他

9.1线程安全

给线程加锁,当一个线程执行该操作时,不允许其他线程进行操作。
ios实现线程加锁的方式:@synchronized、 NSLock、NSRecursiveLock、NSCondition、NSConditionLock、pthread_mutex、dispatch_semaphore、OSSpinLock、atomic(property) set/ge等等各种方式。

NSLock

进入锁时用 NSLock对象调用lock方法,解锁时调用unlock方法。

/**
 * 线程安全:使用 NSLock 加锁
 * 初始化火车票数量、卖票窗口(线程安全)、并开始卖票
 */

- (void)initTicketStatusSave {
    NSLog(@"currentThread---%@",[NSThread currentThread]); // 打印当前线程

    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];
}

/**
 * 售卖火车票(线程安全)
 */
- (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;
        }
    }
}

9.2挂起

暂停队列里任务的执行,可以将队列挂起,当任务处于执行状态,设置队列挂起不会影响其执行,受影响的是那些还没有执行的任务。队列挂起后,可以修改其状态再次恢复任务。

if(self.queue.suspended){
    self.queue.suspended=NO;
}else{
   self.queue.suspended=YES;
}

9.3取消

已经在执行的任务不会受影响,还没有执行的任务就不会再执行了。

[self.queue cancelAllOperations];

在自定义的子类里取消操作,需要在main函数里,执行完一个耗时操作后,需要加一个是否取消任务的判断,再去执行另一个耗时操作,添加判断:
if(self.cancelled){
return;
}

10常用属性和方法归纳

10.1 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 *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。
10.2 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。

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