iOS多线程:『NSOperation、NSOperationQueue』详尽总结

本文用来介绍 iOS 多线程中 NSOperation、NSOperationQueue 的相关知识以及使用方法。
通过本文,您将了解到:
NSOperation、NSOperationQueue 简介操作和操作队列使用步骤和基本使用方法控制串行/并发执行NSOperation 操作依赖和优先级线程间的通信线程同步和线程安全,以及 NSOperation、NSOperationQueue 常用属性和方法归纳

文中 Demo 我已放在了 Github 上,Demo 链接:传送门

1. NSOperation、NSOperationQueue 简介

NSOperation、NSOperationQueue 是苹果提供给我们的一套多线程解决方案。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. 添加操作之间的依赖关系,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:isExecuteing、isFinished、isCancelled。

2. NSOperation、NSOperationQueue 操作和操作队列

既然是基于 GCD 的更高一层的封装。那么,GCD 中的一些概念同样适用于 NSOperation、NSOperationQueue。在 NSOperation、NSOperationQueue 中也有类似的任务(操作)队列(操作队列)的概念。

  • 操作(Operation):
    • 执行操作的意思,换句话说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 NSInvocationOperationNSBlockOperation,或者自定义子类来封装操作。
  • 操作队列(Operation Queues):
    • 这里的队列指操作队列,即用来存放操作的队列。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(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)。
    • 操作队列通过设置最大并发操作数(maxConcurrentOperationCount)来控制并发、串行。
    • NSOperationQueue 为我们提供了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. NSOperation、NSOperationQueue 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执行。

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。

之后呢,系统就会自动将 NSOperationQueue 中的 NSOperation 取出来,在新线程中执行操作。

下面我们来学习下 NSOperation 和 NSOperationQueue 的基本使用。

4. NSOperation 和 NSOperationQueue 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。我们有三种方式来封装操作。

  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。

在不使用 NSOperationQueue,单独使用 NSOperation 的情况下系统同步执行操作,下面我们学习以下操作的三种创建方式。

4.1.1 使用子类 NSInvocationOperation

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/**
* 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:

  • 可以看到:在没有使用 NSOperationQueue、在主线程中单独使用使用子类 NSInvocationOperation 执行一个操作的情况下,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。

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

输出结果:

  • 可以看到:在其他线程中单独使用子类 NSInvocationOperation,操作是在当前调用的其他线程执行的,并没有开启新线程。

下边再来看看 NSBlockOperation。

4.1.2 使用子类 NSBlockOperation

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/**
* 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:

  • 可以看到:在没有使用 NSOperationQueue、在主线程中单独使用 NSBlockOperation 执行一个操作的情况下,操作是在当前线程执行的,并没有开启新线程。

注意:和上边 NSInvocationOperation 使用一样。因为代码是在主线程中调用的,所以打印结果为主线程。如果在其他线程中执行操作,则打印结果为其他线程。

但是,NSBlockOperation 还提供了一个方法 addExecutionBlock:,通过 addExecutionBlock: 就可以为 NSBlockOperation 添加额外的操作。这些操作(包括 blockOperationWithBlock 中的操作)可以在不同的线程中同时(并发)执行。只有当所有相关的操作已经完成执行时,才视为完成。

如果添加的操作多的话,blockOperationWithBlock: 中的操作也可能会在其他线程(非当前线程)中执行,这是由系统决定的,并不是说添加到 blockOperationWithBlock: 中的操作一定会在当前线程中执行。(可以使用 addExecutionBlock: 多添加几个操作试试)。

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/**
* 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:

  • 可以看出:使用子类 NSBlockOperation,并调用方法 AddExecutionBlock: 的情况下,blockOperationWithBlock:方法中的操作 和 addExecutionBlock: 中的操作是在不同的线程中异步执行的。而且,这次执行结果中 blockOperationWithBlock:方法中的操作也不是在当前线程(主线程)中执行的。从而印证了blockOperationWithBlock: 中的操作也可能会在其他线程(非当前线程)中执行。

一般情况下,如果一个 NSBlockOperation 对象封装了多个操作。NSBlockOperation 是否开启新线程,取决于操作的个数。如果添加的操作的个数多,就会自动开启新线程。当然开启的线程数是由系统来决定的。

4.1.3 使用自定义继承自 NSOperation 的子类

如果使用子类 NSInvocationOperation、NSBlockOperation 不能满足日常需求,我们可以使用自定义继承自 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 isExecutingisFinished。当 main 执行完返回的时候,这个操作就结束了。

先定义一个继承自 NSOperation 的子类,重写main方法。

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// YSCOperation.h 文件
#import <Foundation/Foundation.h>

@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

然后使用的时候导入头文件YSCOperation.h

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/**
* 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:

  • 可以看出:在没有使用 NSOperationQueue、在主线程单独使用自定义继承自 NSOperation 的子类的情况下,是在主线程执行操作,并没有开启新线程。

下边我们来讲讲 NSOperationQueue 的创建。

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了串行、并发功能。下边是主队列、自定义队列的基本创建方法和特点。

  • 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。
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// 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。
    • 同时包含了:串行、并发功能。
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// 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

上边我们说到 NSOperation 需要配合 NSOperationQueue 来实现多线程。

那么我们需要将创建好的操作加入到队列中去。总共有两种方法:

  1. - (void)addOperation:(NSOperation *)op;
    • 需要先创建操作,再将创建好的操作加入到创建好的队列中去。
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/**
* 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]
}

输出结果:

  • 可以看出:使用 NSOperation 子类创建操作,并使用 addOperation: 将操作加入到操作队列后能够开启新线程,进行并发执行。
  1. - (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 加入到队列中。
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/**
* 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
}
}];
}

输出结果:

  • 可以看出:使用 addOperationWithBlock: 将操作加入到操作队列后能够开启新线程,进行并发执行。

5. NSOperationQueue 控制串行执行、并发执行

之前我们说过,NSOperationQueue 创建的自定义队列同时具有串行、并发功能,上边我们演示了并发功能,那么他的串行功能是如何实现的?

这里有个关键属性 maxConcurrentOperationCount,叫做最大并发操作数。用来控制一个特定队列中可以有多少个操作同时参与并发执行。

注意:这里 maxConcurrentOperationCount 控制的不是并发线程的数量,而是一个队列中同时能并发执行的最大操作数。而且一个操作也并非只能在一个线程中运行。

  • 最大并发操作数:maxConcurrentOperationCount
    • maxConcurrentOperationCount 默认情况下为-1,表示不进行限制,可进行并发执行。
    • maxConcurrentOperationCount 为1时,队列为串行队列。只能串行执行。
    • maxConcurrentOperationCount 大于1时,队列为并发队列。操作并发执行,当然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{自己设定的值,系统设定的默认最大值}。
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/**
* 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
}
}];
}

最大并发操作数为1 输出结果:

最大并发操作数为2 输出结果:

  • 可以看出:当最大并发操作数为1时,操作是按顺序串行执行的,并且一个操作完成之后,下一个操作才开始执行。当最大操作并发数为2时,操作是并发执行的,可以同时执行两个操作。而开启线程数量是由系统决定的,不需要我们来管理。

这样看来,是不是比 GCD 还要简单了许多?

6. NSOperation 操作依赖

NSOperation、NSOperationQueue 最吸引人的地方是它能添加操作之间的依赖关系。通过操作依赖,我们可以很方便的控制操作之间的执行先后顺序。NSOperation 提供了3个接口供我们管理和查看依赖。

  • - (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<NSOperation *> *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。

当然,我们经常用到的还是添加依赖操作。现在考虑这样的需求,比如说有 A、B 两个操作,其中 A 执行完操作,B 才能执行操作。

如果使用依赖来处理的话,那么就需要让操作 B 依赖于操作 A。具体代码如下:

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/**
* 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];
}

输出结果:

  • 可以看到:通过添加操作依赖,无论运行几次,其结果都是 op1 先执行,op2 后执行。

7. NSOperation 优先级

NSOperation 提供了queuePriority(优先级)属性,queuePriority属性适用于同一操作队列中的操作,不适用于不同操作队列中的操作。默认情况下,所有新创建的操作对象优先级都是NSOperationQueuePriorityNormal。但是我们可以通过setQueuePriority:方法来改变当前操作在同一队列中的执行优先级。

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

上边我们说过: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)。

那么,什么样的操作才是进入就绪状态的操作呢?

  • 当一个操作的所有依赖都已经完成时,操作对象通常会进入准备就绪状态,等待执行。

举个例子,现在有4个优先级都是 NSOperationQueuePriorityNormal(默认级别)的操作:op1,op2,op3,op4。其中 op3 依赖于 op2,op2 依赖于 op1,即 op3 -> op2 -> op1。现在将这4个操作添加到队列中并发执行。

  • 因为 op1 和 op4 都没有需要依赖的操作,所以在 op1,op4 执行之前,就是出于准备就绪状态的操作。
  • 而 op3 和 op2 都有依赖的操作(op3 依赖于 op2,op2 依赖于 op1),所以 op3 和 op2 都不是准备就绪状态下的操作。

理解了进入就绪状态的操作,那么我们就理解了queuePriority 属性的作用对象。

  • queuePriority 属性决定了进入准备就绪状态下的操作之间的开始执行顺序。并且,优先级不能取代依赖关系。
  • 如果一个队列中既包含高优先级操作,又包含低优先级操作,并且两个操作都已经准备就绪,那么队列先执行高优先级操作。比如上例中,如果 op1 和 op4 是不同优先级的操作,那么就会先执行优先级高的操作。
  • 如果,一个队列中既包含了准备就绪状态的操作,又包含了未准备就绪的操作,未准备就绪的操作优先级比准备就绪的操作优先级高。那么,虽然准备就绪的操作优先级低,也会优先执行。优先级不能取代依赖关系。如果要控制操作间的启动顺序,则必须使用依赖关系。

8. NSOperation、NSOperationQueue 线程间的通信

在 iOS 开发过程中,我们一般在主线程里边进行 UI 刷新,例如:点击、滚动、拖拽等事件。我们通常把一些耗时的操作放在其他线程,比如说图片下载、文件上传等耗时操作。而当我们有时候在其他线程完成了耗时操作时,需要回到主线程,那么就用到了线程之间的通讯。

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/**
* 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
}
}];
}];
}

输出结果:

  • 可以看到:通过线程间的通信,先在其他线程中执行操作,等操作执行完了之后再回到主线程执行主线程的相应操作。

9. NSOperation、NSOperationQueue 线程同步和线程安全

  • 线程安全:如果你的代码所在的进程中有多个线程在同时运行,而这些线程可能会同时运行这段代码。如果每次运行结果和单线程运行的结果是一样的,而且其他的变量的值也和预期的是一样的,就是线程安全的。
    若每个线程中对全局变量、静态变量只有读操作,而无写操作,一般来说,这个全局变量是线程安全的;若有多个线程同时执行写操作(更改变量),一般都需要考虑线程同步,否则的话就可能影响线程安全。
  • 线程同步:可理解为线程 A 和 线程 B 一块配合,A 执行到一定程度时要依靠线程 B 的某个结果,于是停下来,示意 B 运行;B 依言执行,再将结果给 A;A 再继续操作。

举个简单例子就是:两个人在一起聊天。两个人不能同时说话,避免听不清(操作冲突)。等一个人说完(一个线程结束操作),另一个再说(另一个线程再开始操作)。

下面,我们模拟火车票售卖的方式,实现 NSOperation 线程安全和解决线程同步问题。
场景:总共有50张火车票,有两个售卖火车票的窗口,一个是北京火车票售卖窗口,另一个是上海火车票售卖窗口。两个窗口同时售卖火车票,卖完为止。

9.1 NSOperation、NSOperationQueue 非线程安全

先来看看不考虑线程安全的代码:

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/**
* 非线程安全:不使用 NSLock
* 初始化火车票数量、卖票窗口(非线程安全)、并开始卖票
*/
- (void)initTicketStatusNotSave {
NSLog(@"currentThread---%@",[NSThread currentThread]); // 打印当前线程

self.ticketSurplusCount = 50;

// 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
__weak typeof(self) weakSelf = self;
NSBlockOperation *op1 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
[weakSelf saleTicketNotSafe];
}];

// 4.创建卖票操作 op2
NSBlockOperation *op2 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
[weakSelf saleTicketNotSafe];
}];

// 5.添加操作,开始卖票
[queue1 addOperation:op1];
[queue2 addOperation:op2];
}

/**
* 售卖火车票(非线程安全)
*/
- (void)saleTicketNotSafe {
while (1) {

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];
} else {
NSLog(@"所有火车票均已售完");
break;
}
}
}

输出结果:

……

  • 可以看到:在不考虑线程安全,不使用 NSLock 情况下,得到票数是错乱的,这样显然不符合我们的需求,所以我们需要考虑线程安全问题。

9.2 NSOperation、NSOperationQueue 非线程安全

线程安全解决方案:可以给线程加锁,在一个线程执行该操作的时候,不允许其他线程进行操作。iOS 实现线程加锁有很多种方式。@synchronized、 NSLock、NSRecursiveLock、NSCondition、NSConditionLock、pthread_mutex、dispatch_semaphore、OSSpinLock、atomic(property) set/ge等等各种方式。这里我们使用 NSLock 对象来解决线程同步问题。NSLock 对象可以通过进入锁时调用 lock 方法,解锁时调用 unlock 方法来保证线程安全。

考虑线程安全的代码:

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/**
* 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
__weak typeof(self) weakSelf = self;
NSBlockOperation *op1 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
[weakSelf saleTicketSafe];
}];

// 4.创建卖票操作 op2
NSBlockOperation *op2 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
[weakSelf 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;
}
}
}

输出结果:

……

  • 可以看出:在考虑了线程安全,使用 NSLock 加锁、解锁机制的情况下,得到的票数是正确的,没有出现混乱的情况。我们也就解决了多个线程同步的问题。

10. NSOperation、NSOperationQueue 常用属性和方法归纳

10.1 NSOperation 常用属性和方法

  1. 取消操作方法
    • - (void)cancel; 可取消操作,实质是标记 isCancelled 状态。
  2. 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。
  3. 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<NSOperation *> *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

  1. 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。
  2. 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。
  3. 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。
  4. 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:

  1. 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。
  2. 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。

参考资料:


iOS多线程详尽总结系列文章:

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