IOS多线程之——NSOperation和NSOperation Queue

异步调用和并发

在深入之前，首先说说异步调用和并发。这两个概念在并发编程中很容易弄混淆。异步调用是指调用时无需等待结果返回的调用，异步调用往往会触发后台线程处理，比如NSURLConnection的异步网络回调。并发是指多个任务（线程）同时执行。在异步调用的实现中往往采用并发机制，然而并不是所有异步都是并发机制，也有可能是其他机制，比如一些依靠中断进行的操作。

NSOperation简介

iOS并发编程中，把每个并发任务定义为一个Operation，对应的类名是NSOperation。NSOperation是一个抽象类，无法直接使用，它只定义了Operation的一些基本方法。我们需要创建一个继承于它的子类或者使用系统预定义的子类。

系统预定义子类：NSInvocationOperation和NSBlockOperation。

NSInvocationOperation

NSInvoationOperation是一个基于对象和selector的Operation，使用这个你只需要指定对象以及任务的selector，如果必要，你还可以设定传递的对象参数。

NSInvocationOperation *invacationOperation = [[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector:@selector(doSomethingWithObj:) object:obj];

NSBlockOperation

在一个Block中执行一个任务，这时我们就需要用到NSBlockOperation。可以通过blockOperationWithBlock:方法来方便地创建一个NSBlockOperation：

NSBlockOperation *blockOperation = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{ 
    //Do something here. 
}];

NSBlockOperation还提供了直接add执行任务的代码：

[blockOperation addExecutionBlock:^{
        NSLog(@"add execution");
    }];

运行一个Operation

调用Operation的start方法就可以直接运行一个Operation。

[operation start];

取消一个Operation

要取消一个Operation，要向Operation对象发送cancel消息：

[operation cancel];

自定义NSOperation

NSOperation提供一个main方法，你自定义的所有任务都应该在main中进行处理。如果需要自定义一个NSOperation必须重载main方法来执行你所想要执行的任务。

- (void)main
{
    @try {
       
//        NSLog(@"myoperation running in %@",[NSThread currentThread]);

    }
    @catch (NSException *exception) {
        
    }
    @finally {

    }
}

对start方法的重载：

默认的start方法中会先做出一些异常判断然后直接调用main方法。默认start方法为非并发的执行方式，任务执行时会阻塞当前线程。

如果你重载了start方法，无论把isConcurrent的键值设为YES还是NO，start都是并发执行的，还有其他的一些键值的设置好像都不能正常的工作，比如isFinished这个键值，如果你设置为YES，系统会默认调用

operation1s.completionBlock = ^{
    
        NSLog(@"operation1s finished in completionBlock");
    };

这个block，但是我测试的时候也没有调！代码如下：

@interface MyOperation : NSOperation

// 定义初始化方法
//- (id) initWithObject:(NSObject *)paramObject;

@end

@implementation MyOperation
{
    BOOL        executing;
    BOOL        finished;
    BOOL        cancel;
    BOOL        concurrent;
}


//- (id)initWithObject:(NSObject *)paramObject
//{
//    self = [super init];
//    
//    if (self != nil)
//    {
//        NSLog(@"%@",paramObject);
//    }
//    
//    return self;
//}




- (void)start
{
//    if ([self isCancelled])
//    {
//        [self willChangeValueForKey:@"isFinished"];
//        finished = YES;
//        [self didChangeValueForKey:@"isFinished"];
//        return;
//    }
    [self willChangeValueForKey:@"isConcurrent"];
    concurrent = NO;
    [self didChangeValueForKey:@"isConcurrent"];
    
    [self willChangeValueForKey:@"isExecuting"];
    [NSThread detachNewThreadSelector:@selector(main) toTarget:self withObject:nil];
    executing = YES;
    [self didChangeValueForKey:@"isExecuting"];
    NSLog(@"myoperation start");
    
//    if (!self.isFinished)
//    {
//        [self willChangeValueForKey:@"isFinished"];
//        finished = YES;
//        [self didChangeValueForKey:@"isFinished"];
//    }
    
}


- (void)cancel
{
if (![self isCancelled])
    {
        [self willChangeValueForKey:@"isCanceled"];
        cancel = YES;
        [self didChangeValueForKey:@"isCanceled"];
        NSLog(@"myoperation cancel");
        
        [self willChangeValueForKey:@"isFinished"];
        finished = YES;
        [self didChangeValueForKey:@"isFinished"];
        
        return;
    }
}

- (void)main
{
    @try {
        
        for (int i = 0; i <= 10; ++i)
        {
            NSLog(@"num is %d thread is %@",i,[NSThread currentThread]);
        }
        
        
        [self willChangeValueForKey:@"isExecuting"];
        [self willChangeValueForKey:@"isCanceled"];
        executing = NO;
        cancel = NO;
        [self didChangeValueForKey:@"isExecuting"];
        [self didChangeValueForKey:@"isCanceled"];
        

        
//        if (!self.isFinished)
//        {
//            [self willChangeValueForKey:@"isFinished"];
//            finished = YES;
//            [self didChangeValueForKey:@"isFinished"];
//        }
        
        
//        NSLog(@"myoperation running in %@",[NSThread currentThread]);

    }
    @catch (NSException *exception) {
        
    }
    @finally {

    }
}



@end

调用：

MyOperation *myOperation1 = [[MyOperation alloc]init];
    myOperation1.completionBlock = ^{
        NSLog(@"111111111111111  end");
    };
    MyOperation *myOperation2 = [[MyOperation alloc]init];
    myOperation2.completionBlock = ^{
    
        NSLog(@"222222222222222  end");
    };
    
    
    [myOperation1 start];
    [myOperation2 start];

这个重载start的问题还需要再研究研究。

NSOperation Queue

NSOperationQueue是一个Operation执行队列，你可以将任何你想要执行的Operation添加到Operation Queue中，以在队列中执行。同时Operation和Operation Queue提供了很多可配置选项。Operation Queue的实现中，创建了一个或多个可管理的线程，为队列中的Operation提供可高度自定的执行环境。

NSOperation Queue的优势

NSOperation Queue提供一个面向对象的并发编程接口，支持并发数，线程优先级，任务优先级，任务依赖关系等多种配置，可以方便满足各种复杂的多任务处理场景。

1.面向对象接口

2.支持并发数配置

3.任务优先级调度

4.任务依赖关系

5.线程优先级配置

Operation的依赖关系

有时候我们对任务的执行顺序有要求，一个任务必须在另一个任务执行之前完成，这就需要用到Operation的依赖（Dependency）属性。我们可以为每个Operation设定一些依赖的另外一些Operation，那么如果依赖的Operation没有全部执行完毕，这个Operation就不会被执行。

[operation addDependency:anotherOperation]; 
[operation removeDependency:anotherOperation];

Operation在队列中执行的优先级

Operation在队列中默认是按FIFO（First In First Out）顺序执行的。同时我们可以为单个的Operation设置一个执行的优先级，打乱这个顺序。当Queue有空闲资源执行新的Operation时，会优先执行当前队列中优先级最高的待执行Operation。

最大并发Operation数目

在一个Operation Queue中是可以同时执行多个Operation的，Operation Queue会动态的创建多个线程来完成相应Operation。具体的线程数是由Operation Queue来优化配置的，这一般取决与系统CPU的性能，比如CPU的核心数，和CPU的负载。但我们还是可以设置一个最大并发数的，那么Operation Queue就不会创建超过最大并发数量的线程。

NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init]; 
queue.maxConcurrentOperationCount = 1;

如果我们将maxConcurrentOperationCount设置为1，那么在队列中每次只能执行一个任务。这就是一个串行的执行队列了。

Simple Code

下面我写了一个简单的Simple Code来说明一下Operation和Operation Queue。

//NSOperation使用
    NSBlockOperation *operation5s = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        NSLog(@"operation5s begin");
        sleep(5);
        NSLog(@"operation5s end");
    }];
    operation5s.queuePriority = NSOperationQueuePriorityHigh;
    
    
    NSBlockOperation *blockOperation = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        //Do something here.
    }];
    
    [blockOperation addExecutionBlock:^{
        NSLog(@"add execution");
    }];
    
    
    NSBlockOperation *operation1s = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        NSLog(@"operation1s begin");
        sleep(3);
        NSLog(@"operation1s end");
    }];
    [operation1s addDependency:operation5s];
    
    operation1s.completionBlock = ^{
    
        NSLog(@"operation1s finished in completionBlock");
    };
    
    
    NSBlockOperation *operation2s = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        NSLog(@"operation2s begin");
        sleep(2);
        NSLog(@"operation2s end");
    }];
    
    
    NSInvocationOperation *invacationOperation = [[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector:@selector(doSomethingWithObj:) object:nil];
    
    
    NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc]init];
    queue.maxConcurrentOperationCount = 1;//串行队列 设置了优先级为最高的线程 会在第一个没有设置依赖于关系的线程执行完后开始执行，即使它是最后入队的，依赖性的设置甚至可以改变第一个入队线程的执行时间。
    
    [queue addOperation:operation1s];//因为设置了依赖关系，该线程虽然是第一个入队的，却是最后执行的！。
    [queue addOperation:invacationOperation];//第一个没有设置依赖于关系的线程，先执行！
    [queue addOperation:operation2s];//该线程会在5s线程执行完以后执行，而不是在1s执行完以后！
    [queue addOperation:operation5s];//第二个执行的线程，因为它的优先级是最高的！
    [queue waitUntilAllOperationsAreFinished];

注意事项

当一个Operation被加入Queue中后，请不要对这个Operation再进行任何修改。因为一旦加入Queue，它随时就有可能会被执行，对它的任何修改都有可能导致它的运行状态不可控制。

第一个加入到Operation Queue中的Operation，无论它的优先级有多么低，总是会第一个执行，设置了依赖关系的除外。

下面是一个自定义NSOperation下载图片的例子！

#import <Foundation/Foundation.h>
@protocol DownloadOperationDelegate;

@interface DownloadOperation : NSOperation


// 图片的url路径
@property (nonatomic, copy) NSString *imageUrl;
// 代理
@property (nonatomic, retain) id<DownloadOperationDelegate> delegate;

- (id)initWithUrl:(NSString *)url delegate:(id<DownloadOperationDelegate>)delegate;
@end

// 图片下载的协议
@protocol DownloadOperationDelegate <NSObject>
- (void)downloadFinishWithImage:(UIImage *)image;
@end

#import "DownloadOperation.h"

@implementation DownloadOperation

@synthesize delegate = _delegate;
@synthesize imageUrl = _imageUrl;


// 初始化
- (id)initWithUrl:(NSString *)url delegate:(id<DownloadOperationDelegate>)delegate {
    if (self = [super init]) {
        self.imageUrl = url;
        self.delegate = delegate;
    }
    return self;
}


- (void)main {
    // 新建一个自动释放池，如果是异步执行操作，那么将无法访问到主线程的自动释放池
    @autoreleasepool {
        if (self.isCancelled) return;
        
        // 获取图片数据
        NSURL *url = [NSURL URLWithString:self.imageUrl];
        NSData *imageData = [NSData dataWithContentsOfURL:url];
        
        if (self.isCancelled) {
            url = nil;
            imageData = nil;
            return;
        }
        
        // 初始化图片
        UIImage *image = [UIImage imageWithData:imageData];
        
        if (self.isCancelled) {
            image = nil;
            return;
        }
        
        if ([self.delegate respondsToSelector:@selector(downloadFinishWithImage:)]) {
            // 把图片数据传回到主线程
            [(NSObject *)self.delegate performSelectorOnMainThread:@selector(downloadFinishWithImage:) withObject:image waitUntilDone:NO];
        }
        
    }
}

@end

调用部分：

#define kURL @"http://avatar.csdn.net/2/C/D/1_totogo2010.jpg" 


    self.imageView = [[UIImageView alloc]initWithFrame:CGRectMake(0, 0, self.view.frame.size.width, self.view.frame.size.height)];
    [self.imageView setBackgroundColor:[UIColor redColor]];
    [self.view addSubview:self.imageView];
    
    

    DownloadOperation *downOperation = [[DownloadOperation alloc]initWithUrl:@"http://avatar.csdn.net/2/C/D/1_totogo2010.jpg" delegate:self];
    downOperation.completionBlock = ^{
        NSLog(@"fffffffffffffffffffffffff");
    };
    [downOperation start];

代理：

- (void)downloadFinishWithImage:(UIImage *)image
{
    self.imageView.image = image;
}

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