iOS 多線程之NSOperation

時間  2019-11-30
標籤 ios 多線程 nsoperation 欄目 iOS 简体版
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標籤：「iOS」「多線程」「NSOperation」
做者： dac_1033
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上一篇介紹了NSThread，本篇將介紹「iOS多線程之NSOperation」。git

1、線程池

多線程處理任務的過程當中，頻繁的建立/銷燬線程會很大程度上影響處理效率，新起的線程數過多會下降系統性能甚至引發app崩潰。在Java和C#開發過程當中可使用線程池來解決這些問題，線程池緩存一些線程，在接到任務的時候，系統就在線程池中調度一個閒置的線程來處理這個任務，免去了頻繁建立/銷燬的過程。從NSOperation的使用過程就能體會到，它和線程池很是相似，下面咱們就來介紹一下NSOperation的使用。github

2、NSOperation簡介

NSOperation是一個抽象類，實際開發中須要使用其子類NSInvocationOperation、NSBlockOperation。首先建立一個NSOperationQueue，再建多個NSOperation實例（設置好要處理的任務、operation的屬性和依賴關係等），而後再將這些operation放到這個queue中，線程就會被依次啓動。蘋果官網對於NSOperation的介紹 NSOperation及其子類中的經常使用方法以下：緩存

//// NSOperation
@property (readonly, getter=isCancelled) BOOL cancelled;
@property (readonly, getter=isExecuting) BOOL executing;
@property (readonly, getter=isFinished) BOOL finished;
@property (readonly, getter=isReady) BOOL ready;

@property NSOperationQueuePriority queuePriority;
@property (readonly, copy) NSArray<NSOperation *> *dependencies;

@property (nullable, copy) NSString *name;
@property (nullable, copy) void (^completionBlock)(void);

- (void)start;
- (void)main;
- (void)cancel;

- (void)addDependency:(NSOperation *)op;
- (void)removeDependency:(NSOperation *)op;

- (void)waitUntilFinished;
複製代碼

下面咱們依次介紹NSInvocationOperation、NSBlockOperation的使用過程，並自定義一個繼承於NSOperation的子類並實現內部相應的方法。安全

2.1 NSInvocationOperation

NSInvocationOperation繼承於NSOperation，NSInvocationOperation的定義以下：bash

@interface NSInvocationOperation : NSOperation {
@private
    id _inv;
    id _exception;
    void *_reserved2;
}

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

@property (nullable, readonly, retain) id result;

@end
複製代碼

下面使用NSInvocationOperation來加載一張圖片，示例方法以下：微信

- (void)loadImageWithMultiThread {
    /*建立一個調用操做
     object:調用方法參數
    */
    NSInvocationOperation *invocationOperation=[[NSInvocationOperation alloc]initWithTarget:self selector:@selector(loadImage) object:nil];
    //建立完NSInvocationOperation對象並不會調用，它由一個start方法啓動操做，可是注意若是直接調用start方法，則此操做會在主線程中調用，通常不會這麼操做,而是添加到NSOperationQueue中
//    [invocationOperation start];
    
    //建立操做隊列
    NSOperationQueue *operationQueue=[[NSOperationQueue alloc]init];
    //注意添加到操做隊後，隊列會開啓一個線程執行此操做
    [operationQueue addOperation:invocationOperation];
}
複製代碼
2.2 NSBlockOperation

NSBlockOperation繼承於NSOperation，NSBlockOperation的定義以下：網絡

@interface NSBlockOperation : NSOperation {
@private
    id _private2;
    void *_reserved2;
}

+ (instancetype)blockOperationWithBlock:(void (^)(void))block;

- (void)addExecutionBlock:(void (^)(void))block;
@property (readonly, copy) NSArray<void (^)(void)> *executionBlocks;

@end
複製代碼

下面咱們來使用NSOperation，實現多個線程加載圖片，示例代碼以下：多線程

//// 首先 定義一個OperationImage的Model

@interface OperationImage : NSObject

@property (nonatomic, assign) NSInteger index;
@property (nonatomic, strong) NSData *imgData;

@end

@implementation OperationImage

@end



//// 使用NSOperation實現多線程加載圖片

#define ColumnCount 4
#define RowCount 5
#define Margin 10

@interface MultiThread_NSOperation1 ()

@property (nonatomic, strong) NSMutableArray *imageViews;

@end

@implementation MultiThread_NSOperation1

- (void)viewDidLoad {
    
    [super viewDidLoad];
    [self setTitle:@"NSOperation1"];
    [self.view setBackgroundColor:[UIColor whiteColor]];
    self.edgesForExtendedLayout = UIRectEdgeNone;
    
    [self layoutViews];
}

- (void)layoutViews {
    
    CGSize size = self.view.frame.size;
    CGFloat imgWidth = (size.width - Margin * (ColumnCount + 1)) / ColumnCount;
    
    _imageViews=[NSMutableArray array];
    for (int row=0; row<RowCount; row++) {
        for (int colomn=0; colomn<ColumnCount; colomn++) {
            UIImageView *imageView = [[UIImageView alloc] initWithFrame:CGRectMake(Margin + colomn * (imgWidth + Margin), Margin + row * (imgWidth + Margin), imgWidth, imgWidth)];
            imageView.backgroundColor = [UIColor cyanColor];
            [self.view addSubview:imageView];
            [_imageViews addObject:imageView];
        }
    }
    
    UIButton *button = [UIButton buttonWithType:UIButtonTypeSystem];
    button.frame = CGRectMake(15, (imgWidth + Margin) * RowCount + Margin, size.width - 15 * 2, 45);
    [button addTarget:self action:@selector(loadImageWithMultiOperation) forControlEvents:UIControlEventTouchUpInside];
    [button setTitle:@"加載圖片" forState:UIControlStateNormal];
    [self.view addSubview:button];
}


#pragma mark - 多線程下載圖片

- (void)loadImageWithMultiOperation {
    
    int count = RowCount * ColumnCount;
    
    NSOperationQueue *operationQueue = [[NSOperationQueue alloc]init];
    operationQueue.maxConcurrentOperationCount = 5;
    
    NSBlockOperation *tempOperation = nil;
    for (int i=0; i<count; ++i) {
        OperationImage *operationImg = [[OperationImage alloc] init];
        operationImg.index = i;
        
        ////1.直接使用操隊列添加操做
        //[operationQueue addOperationWithBlock:^{
        //    [self loadImg:operationImg];
        //}];
        
        ////2.建立操做塊添加到隊列
        NSBlockOperation *blockOperation = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
            [self loadImg:operationImg];
        }];
        if (i > 0) {// 設置依賴
            [blockOperation addDependency:tempOperation];
        }
        [operationQueue addOperation:blockOperation];
        tempOperation = blockOperation;
    }
}

#pragma mark - 將圖片顯示到界面

-(void)updateImage:(OperationImage *)operationImg {
    
    UIImage *image = [UIImage imageWithData:operationImg.imgData];
    UIImageView *imageView = _imageViews[operationImg.index];
    imageView.image = image;
}


#pragma mark - 請求圖片數據

- (NSData *)requestData {
    
    NSURL *url = [NSURL URLWithString:@"https://store.storeimages.cdn-apple.com/8756/as-images.apple.com/is/image/AppleInc/aos/published/images/a/pp/apple/products/apple-products-section1-one-holiday-201811?wid=2560&hei=1046&fmt=jpeg&qlt=95&op_usm=0.5,0.5&.v=1540576114151"];
    NSData *data = [NSData dataWithContentsOfURL:url];
    return data;
}


#pragma mark - 加載圖片

- (void)loadImg:(OperationImage *)operationImg {
    
    // 請求數據
    operationImg.imgData = [self requestData];
    
    // 更新UI界面（mainQueue是UI主線程）
    [[NSOperationQueue mainQueue] addOperationWithBlock:^{
        [self updateImage:operationImg];
    }];
    
    // 打印當前線程
    NSLog(@"current thread: %@", [NSThread currentThread]);
}

@end
複製代碼

在加載網絡圖片的代碼上打一個斷點，查看斷點信息，從的運行過程能夠看出NSOperation底層涉及到對GCD的封裝： 併發

NSOperation底層對GCD的封裝

3、關於自定義封裝NSOperation

咱們用到的不少三方庫都自定義封裝NSOperation，如MKNetworkOperation、SDWebImage等。自定義封裝抽象類NSOperation只須要重寫其中的main或start方法，在多線程執行任務的過程當中須要注意線程安全問題，咱們還能夠經過KVO監聽isCancelled、isExecuting、isFinished等屬性，確切的回調當前任務的狀態。下面就是對NSOperation的自定義封裝代碼：

@interface MyOperation ()

//要下載圖片的地址
@property (nonatomic, copy) NSString *urlString;
//執行完成後，回調的block
@property (nonatomic, copy) void (^finishedBlock)(NSData *data);

// 自定義變量，用於重寫父類isFinished的set、get方法
@property (nonatomic, assign) BOOL taskFinished;

@end

@implementation MyOperation

+ (instancetype)downloadDataWithUrlString:(NSString *)urlString finishedBlock:(void (^)(NSData *data))finishedBlock {
    
    MyOperation *operation = [[MyOperation alloc] init];
    operation.urlString = urlString;
    operation.finishedBlock = finishedBlock;
    return operation;
}

// 監聽/重寫readonly屬性的set、get方法
- (void)setTaskFinished:(BOOL)taskFinished {
    [self willChangeValueForKey:@"isFinished"];
    _taskFinished = taskFinished;
    [self didChangeValueForKey:@"isFinished"];
}

- (BOOL)isFinished {

    return self.taskFinished;
}

//- (void)main {
//
//    // 打印當前線程
//    NSLog(@"%@", [NSThread currentThread]);
//
//    //判斷是否被取消,取消正在執行的操做
//    if (self.cancelled) {
//        return;
//    }
//
//    NSURLSessionTask *task = [NSURLSession.sharedSession dataTaskWithRequest:[NSURLRequest requestWithURL:[NSURL URLWithString:self.urlString]] completionHandler:^(NSData * _Nullable data, NSURLResponse * _Nullable response, NSError * _Nullable error) {
//        //回到主線程更新UI
//
//        [[NSOperationQueue mainQueue] addOperationWithBlock:^{
//            self.finishedBlock(data);
//        }];
//    }];
//    [task resume];
//}

- (void)start {
    
    // 打印當前線程
    NSLog(@"%@", [NSThread currentThread]);
    
    //判斷是否被取消,取消正在執行的操做
    if (self.cancelled) {
        return;
    }
    
    NSURLSessionTask *task = [NSURLSession.sharedSession dataTaskWithRequest:[NSURLRequest requestWithURL:[NSURL URLWithString:self.urlString]] completionHandler:^(NSData * _Nullable data, NSURLResponse * _Nullable response, NSError * _Nullable error) {
        //回到主線程更新UI
        
        [[NSOperationQueue mainQueue] addOperationWithBlock:^{
            self.finishedBlock(data);
        }];
        
    self.taskFinished = YES;
    }];
    [task resume];
}

@end
複製代碼

調用MyOperation中的方法：

- (void)testMyOperation {
    
    _queue = [[NSOperationQueue alloc] init];
    _queue.maxConcurrentOperationCount = 3;
    
    MyOperation *temp = nil;
    for (NSInteger i=0; i<500; i++) {
        MyOperation *operation = [MyOperation downloadDataWithUrlString:@"https://www.so.com" finishedBlock:^(NSData * _Nonnull data) {
            NSLog(@"--- %d finished---", (int)i);
        }];
        if (temp) {
            [operation addDependency:temp];
        }
        temp = operation;
        [_queue addOperation:operation];
    }
}
複製代碼

說明：

  1. 在運行上面的代碼時，咱們發現同時重寫start和main方法時，start方法優先執行，main方法不會被執行；若是隻重寫main方法，則main方法會被執行。
  2. 由於isFinished是readonly屬性，所以咱們經過自定義變量taskFinished來重寫isFinished的set、get方法，實現方式詳見代碼。
  3. 若是隻重寫start方法，而且其中沒有self.taskFinished = YES時，且在testMyOperation設置以下：
    運行結果
    能夠看到log只能能打出來執行了5次（正好是maxConcurrentOperationCount的值），以後便卡死不動。若是不設置maxConcurrentOperationCount或將maxConcurrentOperationCount設置的足夠大，則可正常執行至結束。若是打開start方法中的self.taskFinished = YES，則也可正常執行至結束。可見start方法中的任務執行結束後，系統並無將線程的isFinished置爲YES，致使以後的任務沒法對其重用。
  4. 若是隻重寫main方法，而且其中沒有self.taskFinished = YES時，testMyOperation方法都是能夠正常執行的，也就是說main執行結束時系統將線程的isFinished置爲YES了，其他任務可對其重用。
  5. 比較start與main方法，兩個方法的執行過程都是並行的；start方法更容易經過KVO監聽到任務的執行狀態，可是須要手動設置一些狀態；main自動化程度更高。
  6. 使用NSOperationQueue時，咱們打印代碼執行，過程當中的線程，發現線程池中線程的最大個數在66個左右。
    以上驗證過程，獲得了昆哥的指教，很是感謝！🙂

4、NSOperation中的依賴

用NSThread來實現多線程時，線程間的執行順序很難控制，可是使用NSOperation時能夠經過設置操做的依賴關係來控制執行順序。假設操做A依賴於操做B，線程操做隊列在啓動線程時就會首先執行B操做，而後執行A。例如在第三節testMyOperation方法中，咱們從第二個任務一次設置了關係：

MyOperation *temp = nil;
    for (NSInteger i=0; i<500; i++) {
        MyOperation *operation = [MyOperation downloadDataWithUrlString:@"https://www.so.com" finishedBlock:^(NSData * _Nonnull data) {
            NSLog(@"--- %d finished---", (int)i);
        }];
        if (temp) {
            [operation addDependency:temp];
        }
        temp = operation;
        [_queue addOperation:operation];
    }
複製代碼

PS：

  1. NSOperationQueue的maxConcurrentOperationCount通常設置在5個之內，數量過多可能會有性能問題。maxConcurrentOperationCount爲1時，隊列中的任務串行執行，maxConcurrentOperationCount大於1時，隊列中的任務併發執行;
  2. 不一樣的NSOperation實例之間能夠設置依賴關係，不一樣queue的NSOperation之間也能夠建立依賴關係 ，可是要注意不要「循環依賴」；
  3. NSOperation實例之間設置依賴關係應該在加入隊列以前；
  4. 在沒有使用 NSOperationQueue時，在主線程中單獨使用 NSBlockOperation 執行（start）一個操做的狀況下，操做是在當前線程執行的，並無開啓新線程，在其餘線程中也同樣；
  5. NSOperationQueue能夠直接獲取mainQueue，更新界面UI應該在mainQueue中進行；
  6. 區別自定義封裝NSOperation時，重寫main或start方法的不一樣；
  7. 自定義封裝NSOperation時須要咱們徹底重載start，在start方法裏面，咱們還要查看isCanceled屬性，確保start一個operation前，task是沒有被取消的。若是咱們自定義了dependency，咱們還須要發送isReady的KVO通知。

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