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iOS NSOperationQueue NSOperation

 作者:标哥    发布日期:2017-01-12 21:34    阅读量:913次
 

iOS实现多线程的方式主要有三种,分别是NSThreadNSOperationGCD。对于其他更底层的方式,我们通常不会使用到,特别厉害的高手才会去使用最底层的API。我们这里一起来学习NSOperationQueue和NSOperation相关知识。

关于GCD方面的知识,如果感兴趣,可以到GCD深入浅出学习阅读,这篇文章是专门讲GCD的,知识点也是慢慢深入。

简介

NSOperation封装了需要执行的操作和执行操作所需的数据,提供了并发或非并发操作,可以设置最大并发数,取消操作等。

iOS使用NSOperation的方式有两种:

  • 直接使用系统提供的两个子类:NSInvocationOperation和NSBlockOperation

  • 继承于NSOperation,自定义操作

我们日常在项目中,通常使用Operation使用自定义方式比较多,对于我个人而言,一直都是使用自定义的。比较做上传、下载功能,都会自定义Operation。

image

注意:大家都说NSOperation是抽象类,这里所说的抽象类不是真正的抽象类,不像C++那种纯虚函数,不能实例化。在Ojbective-C中是没有纯虚函数的,因此它是可以实例化的。只是由于没有提供任务接口,因此实例化了也没有意义,像下面这样直接使用是没有意义的:

NSOperation *op = [[NSOperation alloc] init];

注意:我们不能直接使用NSOperation这个类,这个类相当于一个抽象类,不能直接实例化NSOperation来使用,可以直接使用系统提供的NSInvocationOperation和NSBlockOperation,也可以自定义opration。

NSOperation基类API

下面简单说明NSOperation所提供的一些操作。

执行任务

NSOperation提供了start方法开启任务执行操作,NSOperation对象默认按同步方式执行,也就是在调用start方法的那个线程中直接执行。

if (!operation.isExecuting) {
  [operation start];
}

但是,当我们使用NSOperationQueue时,将operation添加到queue中,任务会自动开启,任务会在异步线程去执行任务。

同步还是异步

NSOperation提供的isConcurrent可判断是否是并发。isConcurrent默认值为NO,表示操作与调用线程同步执行。不过这个方法在7.0之后就被废弃了,改成使用isAsynchronous判断了。

if ([UIDevice currentDevice].systemVersion.intValue >= 7.0) {
  if (operation.isAsynchronous) {
    NSLog(@"异步");
  } else {
    NSLog(@"同步");
  }
} else {
  if (operation.isConcurrent) {
    NSLog(@"异步");
  } else {
    NSLog(@"同步");
  }
}

判断任务是否在执行中

NSOperation提供了isExecuting,可判断任务是否正在执行中:

if (!operation.isExecuting) {
  [operation start];
}

判断任务是否已经准备好

NSOperation提供了isReady方法来获取任务是否已经为执行准备好:

if (!operation.isReady) {
  [operation start];
}

判断任务已经已完成

NSOperation提供了isFinished,可判断任务是否已经执行完成:

if (operation.isFinished) {
  NSLog(@"finished");
}

取消任务/判断任务状态

NSOperation提供了isCancelled,可判断任务是否已经执行完成,而要取消任务,可调用cancel方法:

if (!operation.isCancelled) {
    [operation cancel];
}

任务完成回调

如果我们想在一个NSOperation执行完毕后做一些事情,可以调用NSOperation的completionBlock属性来设置在任务完成以后我们还想做的事情。

我们可以通过这种点语法设置:

operation.completionBlock = ^() {
  NSLog(@"任务执行完毕");
};

也可以通过中括号方式设置:

[operation setCompletionBlock:^{
  NSLog(@"任务执行完毕");
}];

任务优先级

如下,NSOperation为我们提供了在NSOperationQueue调度队列中任务的优先级设置。

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

@property NSOperationQueuePriority queuePriority;

Invocation子类

NSInvocationOperation是继承于NSOperation,提供创建任务的方式是通过selector:

- (nullable instancetype)initWithTarget:(id)target selector:(SEL)sel object:(nullable id)arg;
- (instancetype)initWithInvocation:(NSInvocation *)inv NS_DESIGNATED_INITIALIZER;

对于第二个初始化方法已经被废弃了,第二个初始化方法是通过运行时的方式来添加任务的,操作起来比较复杂。第一种就是很普通的方式,是很常见的target-action设计模式:

NSInvocationOperation *operation = [[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector:@selector(updateUI) object:nil];
// 开始执行任务(同步执行)
[operation start];

调用start方法是同步执行的。如果要异步执行,可以放到NSOperationQueue队列中,它就相当于一个线程池,而且任务一旦放进去,就会按照FIFO的原则严格执行任务。任务放到线程池中后,是否会马上执行,是根据当前所设置的并发数量决定的,若当前并发量已达到设置的最大并发量,就会进入排队状态。

看看我们下载一个图片:

- (void)test1 {
  NSInvocationOperation *operation = [[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self
                                                                         selector:@selector(downloadImage:)
                                                                           object:@"图片的URL"];
  
  NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc]init];
  [queue addOperation:operation];
}

- (void)downloadImage:(NSString *)url {
  NSURL *nsUrl = [NSURL URLWithString:url];
  NSData *data = [[NSData alloc] initWithContentsOfURL:nsUrl];
  UIImage *image = [[UIImage alloc] initWithData:data];
  
  dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
    self.imageView.image = image;
  });
}

我们需要注意,最后在更新UI的时候,一定要回到主线程,否则UI效果不会马上变化。当然,我们也可以使用别的方式回到主线程更新UI:

[self performSelectorOnMainThread:@selector(updateUI:) withObject:image waitUntilDone:YES];  

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

TIP:我们说在当前线程同步执行任务,并不意味着当前线程是主线程。

BlockOperation子类

NSBlockOperation是直接继承于NSOperation的子类,它能够并发地执行一个或多个block对象,所有的block都执行完之后,操作才算真正完成。

添加任务

NSBlockOperation任务都是block任务,操作起来比较简洁一些:

NSBlockOperation *operation = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^(){
  NSLog(@"这是第一个任务在线程:%@执行,isMainThread: %d,isAync: %d",
        [NSThread currentThread],
        [NSThread isMainThread],
        [operation isAsynchronous]);
}];

__weak typeof(operation) weakOperation = operation;
[operation addExecutionBlock:^() {
  NSLog(@"这是第二个任务在线程:%@执行,isMainThread: %d,isAync: %d",
        [NSThread currentThread],
        [NSThread isMainThread],
        [weakOperation isAsynchronous]);
}];

[operation addExecutionBlock:^() {
  NSLog(@"这是第三个任务在线程:%@执行,isMainThread: %d,isAync: %d",
        [NSThread currentThread],
        [NSThread isMainThread],
        [weakOperation isAsynchronous]);
}];

[operation addExecutionBlock:^() {
  NSLog(@"这是第四个任务在线程:%@执行,isMainThread: %d,isAync: %d",
        [NSThread currentThread],
        [NSThread isMainThread],
        [weakOperation isAsynchronous]);
}];

// 开始执行任务
[operation start]

看看打印结果:

2015-11-24 17:15:49.489 TestGCD[42401:3307632] 这是第一个任务在线程:<NSThread: 0x7fb369e02c30>{number = 1, name = main}执行,isMainThread: 1,isAync: 0
2015-11-24 17:15:49.489 TestGCD[42401:3307797] 这是第二个任务在线程:<NSThread: 0x7fb369ca8880>{number = 2, name = (null)}执行,isMainThread: 0,isAync: 0
2015-11-24 17:15:49.489 TestGCD[42401:3307809] 这是第三个任务在线程:<NSThread: 0x7fb369ca92b0>{number = 3, name = (null)}执行,isMainThread: 0,isAync: 0
2015-11-24 17:15:49.489 TestGCD[42401:3307798] 这是第四个任务在线程:<NSThread: 0x7fb369f2acd0>{number = 4, name = (null)}执行,isMainThread: 0,isAync: 0

由此,我们可以看到第一个任务在主线程执行,第二、三、四个任务都是其它子线程完成的。这四个任务都是同步执行的。其中的number代表线程的id。

当我们把[operation start]这行改成这样:

NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];
[queue addOperation:operation];
[queue setMaxConcurrentOperationCount:2];

其打印结果如下:

2015-11-24 17:22:26.206 TestGCD[42558:3316054] 这是第三个任务在线程:<NSThread: 0x7f9000744750>{number = 4, name = (null)}执行,isMainThread: 0,isAync: 0
2015-11-24 17:22:26.206 TestGCD[42558:3316053] 这是第一个任务在线程:<NSThread: 0x7f900061b6f0>{number = 2, name = (null)}执行,isMainThread: 0,isAync: 0
2015-11-24 17:22:26.206 TestGCD[42558:3316055] 这是第二个任务在线程:<NSThread: 0x7f90006183b0>{number = 3, name = (null)}执行,isMainThread: 0,isAync: 0
2015-11-24 17:22:26.206 TestGCD[42558:3316062] 这是第四个任务在线程:<NSThread: 0x7f9000609680>{number = 5, name = (null)}执行,isMainThread: 0,isAync: 0

由于我们设置了最大并发数量为2,因此同时能执行的任务数量最多两个。而这四个任务都不是在主线程执行的,全部放到子线程中执行了。我们发现isAync都为0,也就是说operation的isAsynchronous方法返回都是NO,也就是说任务都是在子线程中同步地执行。

注意:并发与异步不是同一个概念

要异步执行,可以这样:

[operation addExecutionBlock:^() {
  dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
    NSLog(@"这是第四个任务在线程:%@执行,isMainThread: %d",
          [NSThread currentThread],
          [NSThread isMainThread]);
  });
}];

自定义Operation

如果NSInvocationOperation和NSBlockOperation不能满足需求, 我们可以直接继承NSOperation, 并添加额外的功能。继承所需的工作量主要取决于你要实现异步还是同步执行任务的NSOperation。定义同步的NSOperation要简单许多,只需要重载-main这个方法,在这个方法里面执行主任务,并正确地响应取消事件; 对于异步NSOperation, 必须重写NSOperation的多个基本方法进行实现(main、start)。

对于自定义异步任务,我们并不要求main方法。对于start方法,也没有要求必须重写,但是当我们重写start方法时,就需要重写其他方法,处理KVO,才能保证让任务完成后,NSOperationQueue自动将此任务退队,否则永远不会退队!事实上,我们通常都会重写start方法,因为我们在开始启动任务之前,都需要做很多事情。

自定义同步Operation

  1. 使用自己定义的同步operation,需要继承自NSOperation,并实现必要的方法:isFinished,isExecuting,main等,并实现KVO机制

  2. 如果不想让你自定义的operation与其他operation进行异步操作,你可以手动开始(调用start方法),并且在operation的start方法里面简单的调用main方法。

  3. 如果要自定义operation,需要继承资NSOperation。并且重载isExecuting方法和isFinished方法。在这两个方法中,必须返回一个线程安全值(BOOL值),这个值可以在 operation中进行操作。

  4. 一旦你的 operation 开始了,必须通过 KVO,告诉所有的监听者,现在该operation的执行状态。

  5. 在 operation 的 main 方法里面,必须提供 autorelease pool,因为你的 operation 完成后需要销毁。

自定义同步NSOperation,只需要重写main方法即可。我们定义一个图片下载类来说明如何自定义非并发的NSOperation

typedef void(^HYBDownloadReponse)(UIImage *image);

/*!
 *  @author 黄仪标, 15-11-24 22:11:50
 *
 *  下载operation
 */
@interface DownloadOperation : NSOperation

@property (nonatomic, copy) NSString *url;
@property (nonatomic, copy) HYBDownloadReponse responseBlock;

- (instancetype)initWithUrl:(NSString *)url completion:(HYBDownloadReponse)completion;

@end

下面看看实现方法怎么实现的,关键点在于-main方法:

//
//  DownloadOperation.m
//  TestGCD
//
//  Created by huangyibiao on 15/11/24.
//  Copyright © 2015年 huangyibiao. All rights reserved.
//

#import "DownloadOperation.h"

@interface DownloadOperation () {
  BOOL _isFinished;
  BOOL _isExecuting;
}

@end

@implementation DownloadOperation

- (instancetype)initWithUrl:(NSString *)url completion:(HYBDownloadReponse)completion {
  if (self = [super init]) {
    self.url = url;
    self.responseBlock = completion;
  }
  
  return self;
}

// 必须重写这个主方法
- (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 {
    // 提供一个变量标识,来表示我们需要执行的操作是否完成了,当然,没开始执行之前,为NO
    BOOL taskIsFinished = NO;
    UIImage *image = nil;
    
    // while 保证:只有当没有执行完成和没有被取消,才执行我们自定义的相应操作
    while (taskIsFinished == NO && [self isCancelled] == NO){
      // 获取图片数据
      NSURL *url = [NSURL URLWithString:self.url];
      NSData *imageData = [NSData dataWithContentsOfURL:url];
      image = [UIImage imageWithData:imageData];
      NSLog(@"Current Thread = %@", [NSThread currentThread]);
      
      // 这里,设置我们相应的操作都已经完成,后面就是要通知KVO我们的操作完成了。
      
      taskIsFinished = YES;
    }
    
    // KVO 生成通知,告诉其他线程,该operation 执行完了
    [self willChangeValueForKey:@"isFinished"];
    [self willChangeValueForKey:@"isExecuting"];
    _isFinished = YES;
    _isExecuting = NO;
    [self didChangeValueForKey:@"isFinished"];
    [self didChangeValueForKey:@"isExecuting"];
    
    if (self.responseBlock) {
      dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
        self.responseBlock(image);
      });
    }
  }
}

- (void)start {
  // 如果我们取消了在开始之前,我们就立即返回并生成所需的KVO通知
  if ([self isCancelled]){
    // 我们取消了该 operation,那么就要告诉KVO,该operation已经执行完成(isFinished)
    // 这样,调用的队列(或者线程)会继续执行。
    [self willChangeValueForKey:@"isFinished"];
    _isFinished = NO;
    [self didChangeValueForKey:@"isFinished"];
  } else {
    // 没有取消,那就要告诉KVO,该队列开始执行了(isExecuting)!那么,就会调用main方法,进行同步执行。
    [self willChangeValueForKey:@"isExecuting"];
    _isExecuting = YES;
    [NSThread detachNewThreadSelector:@selector(main) toTarget:self withObject:nil];
    [self didChangeValueForKey:@"isExecuting"];
  }
}

- (BOOL)isExecuting {
  return _isExecuting;
}

- (BOOL)isFinished {
  return _isFinished;
}

@end

我们测试一下:

DownloadOperation *operation = [[DownloadOperation alloc] initWithUrl:@"https://mmbiz.qlogo.cn/mmbiz/sia5QxFVcFD0wkCgnmf6DVxI6fVewNS8rhtZb71v2DMpDy8jIdtviaetzicwQzTEoKKyHAN96Beibk2G61tZpezQ0Q/0?wx_fmt=png" completion:^(UIImage *image) {
  //    self.imageView.image = image;
}];

DownloadOperation *operation1 = [[DownloadOperation alloc] initWithUrl:@"https://mmbiz.qlogo.cn/mmbiz/sia5QxFVcFD0wkCgnmf6DVxI6fVewNS8rhtZb71v2DMpDy8jIdtviaetzicwQzTEoKKyHAN96Beibk2G61tZpezQ0Q/0?wx_fmt=png" completion:^(UIImage *image) {
  //    self.imageView1.image = image;
}];

DownloadOperation *operation2 = [[DownloadOperation alloc] initWithUrl:@"https://mmbiz.qlogo.cn/mmbiz/sia5QxFVcFD0wkCgnmf6DVxI6fVewNS8rhtZb71v2DMpDy8jIdtviaetzicwQzTEoKKyHAN96Beibk2G61tZpezQ0Q/0?wx_fmt=png" completion:^(UIImage *image) {
  //    self.imageView2.image = image;
}];

DownloadOperation *operation3 = [[DownloadOperation alloc] initWithUrl:@"https://mmbiz.qlogo.cn/mmbiz/sia5QxFVcFD0wkCgnmf6DVxI6fVewNS8rhtZb71v2DMpDy8jIdtviaetzicwQzTEoKKyHAN96Beibk2G61tZpezQ0Q/0?wx_fmt=png" completion:^(UIImage *image) {
  //    self.imageView3.image = image;
}];

DownloadOperation *operation4 = [[DownloadOperation alloc] initWithUrl:@"https://mmbiz.qlogo.cn/mmbiz/sia5QxFVcFD0wkCgnmf6DVxI6fVewNS8rhtZb71v2DMpDy8jIdtviaetzicwQzTEoKKyHAN96Beibk2G61tZpezQ0Q/0?wx_fmt=png" completion:^(UIImage *image) {
  //    self.imageView4.image = image;
}];

NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc]init];
[queue addOperation:operation];
[queue addOperation:operation1];
[queue addOperation:operation2];
[queue addOperation:operation3];
[queue addOperation:operation4];
[queue setMaxConcurrentOperationCount:2];

打印结果:

2016-03-14 16:15:18.777 DataAgorithmDemos[6390:408581] Current Thread = <NSThread: 0x7ff6c96a23d0>{number = 3, name = (null)}
2016-03-14 16:15:19.055 DataAgorithmDemos[6390:408668] Current Thread = <NSThread: 0x7ff6c972fa90>{number = 4, name = (null)}
2016-03-14 16:15:19.287 DataAgorithmDemos[6390:408669] Current Thread = <NSThread: 0x7ff6c941f3d0>{number = 5, name = (null)}
2016-03-14 16:15:19.441 DataAgorithmDemos[6390:408579] Current Thread = <NSThread: 0x7ff6c95472a0>{number = 6, name = (null)}
2016-03-14 16:15:19.520 DataAgorithmDemos[6390:408580] Current Thread = <NSThread: 0x7ff6c9519090>{number = 7, name = (null)}

但是当我们不是放在queue中,而是手动start,并且任务此时会在主线程中同步执行任务:

DownloadOperation *operation = [[DownloadOperation alloc] initWithUrl:@"https://mmbiz.qlogo.cn/mmbiz/sia5QxFVcFD0wkCgnmf6DVxI6fVewNS8rhtZb71v2DMpDy8jIdtviaetzicwQzTEoKKyHAN96Beibk2G61tZpezQ0Q/0?wx_fmt=png" completion:^(UIImage *image) {
  //    self.imageView.image = image;
}];
[operation start];

// 打印结果:
// 2016-03-14 16:18:30.146 DataAgorithmDemos[6427:413473] Current Thread = <NSThread: 0x7fb3434052f0>{number = 1, name = main}

自定义异步NSOperation

头文件与同步的声明一样。下面是实现文件部分:

//
//  DownloadOperation.m
//  DataAgorithmDemos
//
//  Created by huangyibiao on 16/3/14.
//  Copyright © 2016年 huangyibiao. All rights reserved.
//

#import "DownloadOperation.h"

@interface DownloadOperation () {
@private BOOL _isFinished;
@private BOOL _isExecuting;
}

@end

@implementation DownloadOperation

- (instancetype)initWithUrl:(NSString *)url completion:(HYBDownloadReponse)completion {
  if (self = [super init]) {
    self.url = url;
    self.responseBlock = completion;
  }
  
  return self;
}

// 必须重写这个主方法
- (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 {
    UIImage *image = nil;
    if (!self.isCancelled) {
      // 获取图片数据
      NSURL *url = [NSURL URLWithString:self.url];
      NSData *imageData = [NSData dataWithContentsOfURL:url];
      image = [UIImage imageWithData:imageData];
    }
    
    NSLog(@"currentThread: %@", [NSThread currentThread]);
    
    // 被取消,也可能发生在转换的地方
    if (self.isCancelled) {
      image = nil;
    }
    
    
    if (![self isCancelled] && self.responseBlock) {
      dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
        self.responseBlock(image);
      });
    }
  }
}

// 与自定义同步NSOperation不同的是,必须要实现下面的方法
#if __IPHONE_OS_VERSION_MAX_ALLOWED < __IPHONE_7_0
- (BOOL)isConcurrent {
  return YES;
}

#else

- (BOOL)isAsynchronous {
  return YES;
}
#endif

@end

打印结果,说明任务都是在子线程异步执行任务:

2016-03-14 15:58:02.610 DataAgorithmDemos[6154:386771] currentThread: <NSThread: 0x7fbc83c9c2c0>{number = 3, name = (null)}
2016-03-14 15:58:02.612 DataAgorithmDemos[6154:386769] currentThread: <NSThread: 0x7fbc83ca01b0>{number = 4, name = (null)}
2016-03-14 15:58:02.612 DataAgorithmDemos[6154:386824] currentThread: <NSThread: 0x7fbc83d24eb0>{number = 5, name = (null)}
2016-03-14 15:58:04.210 DataAgorithmDemos[6154:386837] currentThread: <NSThread: 0x7fbc83ca0b30>{number = 6, name = (null)}
2016-03-14 15:58:11.693 DataAgorithmDemos[6154:386768] currentThread: <NSThread: 0x7fbc83d1a650>{number = 7, name = (null)}

高级自定义NSOperation

当我们需要实现上传、下载功能时,我们需要控制并发量,因此需要通过NSOperationQueue,然后通过NSURLSession生成任务,而任务都放到自定义的UploadOperation中,代理交给单例对象。

这时候我们必须自定义operation,继承于NSOperation,来看看过去某项目中自定义的头文件:

@interface HYBUploadVideoOperation : NSOperation

// The data model for each task, 
@property (nonatomic, weak) HYBUploadVideoModel *model;
// Set the delegate, and you can get callback.
@property (nonatomic, weak) id<HYBUploadVideoOperationDelegate> delegate;

// We need a session object, passed outside. We design that a session 
// will hold on a lot of tasks.
- (instancetype)initWithSession:(NSURLSession *)session
                          model:(HYBUploadVideoModel *)model;

- (NSURLSessionUploadTask *)uploadingTask;
- (void)start;
- (void)pause;
// Cancel task and clean local file that corresponding to the uploading task.
- (void)clean:(BOOL)removeLocalFile;
- (void)cancel;

/**
 *  上传完成后,应该回调此API,以标识完成,从而才能自动退队
 */
- (void)resetWhenFinished;

@end

要更深入了解,关键还是自己去实践方能明白!不过这已经算很高级的部分了,自己研究研究再参考参考,相信也是可以折腾出来的!

最后

由于这方面的知识理解的深度不够,后面还会不断更新。希望大家多多交流,一起学习多线程方面的知识!

本次更新,主要是修正部分曾经理解有误的地方,同时新增一些知识点!

参考资料

参考【苹果官方英文文档


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