[iOS开发]NSOperation & NSOperationQueue

Posted 2022-08-11 Billy Miracle

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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了[iOS开发]NSOperation & NSOperationQueue相关的知识，希望对你有一定的参考价值。

NSOperation、NSOperationQueue 是苹果提供给我们的一套多线程解决方案。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。

（一）使用步骤

NSOperation实现多线程的使用步骤分为三步：

创建操作：先将需要执行的操作封装到一个NSOperation对象中
创建队列：创建NSOperationQueue对象
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NSOperationQueue中的NSOperation取出来，在新线程中执行操作。

（二）基本使用

1. 创建操作

因为NSOperation是个抽象类，不能创建实例，所以我们通常使用它的子类来进行封装操作：

使用子类NSInvocationOperation
使用子类NSBlockOperation
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

（1）使用子类NSInvocationOperation

// 1.创建 NSInvocationOperation 对象
NSInvocationOperation *op = [[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector:@selector(testOp) object:nil];
// 2.调用 start 方法开始执行操作
[op start];

- (void)testOp 
    NSLog(@"testOp--%@", [NSThread currentThread]);

输出：

testOp--<_NSMainThread: 0x600003bb82c0>number = 1, name = main

因为没有使用NSOperationQueue，并且我们是在当前线程（主线程）中执行一个操作，所以它是在当前线程（主线程）中完成操作的，并没有开启新线程。
如果在其他线程中执行操作，则打印的结果为其他线程。总之，它是在哪个线程创建并启动的，它就会在哪个线程执行。

（2）使用子类NSBlockOperation

// 1.创建 NSBlockOperation 对象
NSBlockOperation *op = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^
    NSLog(@"blockOp---%@", [NSThread currentThread]);
];
// 2.调用 start 方法开始执行操作
[op start];

输出：

blockOp---<_NSMainThread: 0x60000320c240>number = 1, name = main

这个其实和上边NSInvocationOperation一样，只是使用block之后更加简洁了，也没有开启新线程，哪个线程创建并执行就是那个线程。
NSBlockOperation还有一个方法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:中的操作也有可能会在其他线程（非当前线程）中执行，这是由系统决定的，并不是说添加到blockOperationWithBlock:中的操作一定在当前线程中执行。

// 1.创建 NSBlockOperation 对象
NSBlockOperation *op = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^
    NSLog(@"op---%@", [NSThread currentThread]);
];
// 2.添加额外操作
[op addExecutionBlock:^
    [NSThread sleepForTimeInterval:2];
    NSLog(@"1--Block task, %@", [NSThread currentThread]);
];
[op addExecutionBlock:^
    [NSThread sleepForTimeInterval:2];
    NSLog(@"2--Block task, %@", [NSThread currentThread]);
];
[op addExecutionBlock:^
    [NSThread sleepForTimeInterval:2];
    NSLog(@"3--Block task, %@", [NSThread currentThread]);
];
[op addExecutionBlock:^
    [NSThread sleepForTimeInterval:2];
    NSLog(@"4--Block task, %@", [NSThread currentThread]);
];
[op addExecutionBlock:^
    [NSThread sleepForTimeInterval:2];
    NSLog(@"5--Block task, %@", [NSThread currentThread]);
];
// 3.调用 start 方法开始执行操作
[op start];

输出：

op---<_NSMainThread: 0x600003fd0000>number = 1, name = main
3--Block task, <NSThread: 0x600003fd0200>number = 6, name = (null)
2--Block task, <NSThread: 0x600003fcb080>number = 7, name = (null)
4--Block task, <NSThread: 0x600003fcbb40>number = 5, name = (null)
1--Block task, <NSThread: 0x600003f890c0>number = 3, name = (null)
5--Block task, <NSThread: 0x600003f942c0>number = 4, name = (null)

使用子类NSBlockOperation，并调用addexecutionBlock:的情况下，blockOperationWithBlock:方法中的操作和额外加的操作是在不同线程中异步执行的。同时，额外操作多的时候，blockOperationWithBlock:方法中的操作有可能不会在当前线程中执行。
开启的线程数是由系统来决定的。
注意：addExecutionBlock: 方法必须在start()方法之前执行，否则就会报错。

（3）使用继承自NSOperation自定义子类

我们可以通过自定义继承自NSOperation的子类，重写main或者start来定义自己的NSOperation对象。

如果只是重写了main方法，有底层控制变更任务执行、完成状态以及任务退出。
如果重写了start方法，需要自己控制任务状态。
重写main方法比较简单，我们不需要管理线程的状态属性executing（是否正在执行）和finished（是否完成）。当main执行完返回的时候，这个操作就结束了。
重写main方法：

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

@interface NSOperationTest : NSOperation
@end

// .m 文件
#import "NSOperationTest.h"

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

@end

// 定义并执行
NSOperationTest *test = [[NSOperationTest alloc] init];
NSLog(@"%d", test.finished);
[test start];
NSLog(@"%d", test.finished);

输出：

0
test---<_NSMainThread: 0x600003508480>number = 1, name = main
test---<_NSMainThread: 0x600003508480>number = 1, name = main
1

重写start方法：

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

@interface NSOperationTest : NSOperation
@end

// .m 文件
#import "NSOperationTest.h"

@implementation NSOperationTest
- (void)start 
    if (!self.isCancelled) 
        for (int i = 0; i < 2; i++) 
            [NSThread sleepForTimeInterval:2];
            NSLog(@"test---%@", [NSThread currentThread]);
        
    

@end

// 定义并执行
NSOperationTest *test = [[NSOperationTest alloc] init];
NSLog(@"%d", test.finished);
[test start];
NSLog(@"%d", test.finished);

输出：

0
test---<_NSMainThread: 0x60000386c000>number = 1, name = main
test---<_NSMainThread: 0x60000386c000>number = 1, name = main
0

能看到，重写start方法系统没有自动管理线程的状态属性。
没有使用NSOperationQueue，在主线程中创建自定义子类的操作对象并执行，并没有开启新线程。

2. 创建队列

NSOperationQueue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。

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。

// 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，会自动放到子线程中执行，同时包含了串行、并发功能。
```
// 自定义队列创建方法
NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init]; 
```

3. 将操作加入队列中

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。

/**
 * 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]

- (void)task1 
    for (int i = 0; i < 100; i++);
    NSLog(@"1---%@", [NSThread currentThread]);

- (void)task2 
    for (int i = 0; i < 100; i++);
    NSLog(@"2---%@", [NSThread currentThread]);

输出：

1---<NSThread: 0x6000002fa700>number = 7, name = (null)
2---<NSThread: 0x6000002a0480>number = 4, name = (null)
4---<NSThread: 0x6000002bd400>number = 8, name = (null)
3---<NSThread: 0x6000002e65c0>number = 5, name = (null)
3---<NSThread: 0x6000002e65c0>number = 5, name = (null)
4---<NSThread: 0x6000002bd400>number = 8, name = (null)

添加到队列中的操作开启了新线程来完成，进行并发执行。

（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 加入到队列中。

/**
 * 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
        
    ];

输出：

3---<NSThread: 0x6000007c8e80>number = 8, name = (null)
1---<NSThread: 0x6000007901c0>number = 5, name = (null)
2---<NSThread: 0x600000790b80>number = 6, name = (null)
2---<NSThread: 0x600000790b80>number = 6, name = (null)
1---<NSThread: 0x6000007901c0>number = 5, name = (null)
3---<NSThread: 0x6000007c8e80>number = 8, name = (null)

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。

（三）NSOperationQueue控制串行执行、并行执行

操作队列有一个属性，最大并发操作数，用来控制一个特定的队列中可以有多少个操作同时并发执行，也就是一个队列中同时能并发执行的最大操作数。

@property NSInteger maxConcurrentOperationCount;

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。

maxConcurrentOperationCount默认为-1，表示不进行限制，可进行并发执行
maxConcurrentOperationCount为1时，此时队列为串行队列，只能串行执行
maxConcurrentOperationCount大于1时，队列为并发队列。操作并发执行。当这个值超过了系统限制，就会自动调整为系统设定的值。

对于开启线程数，是由系统决定的，不需要我们来管理。

（四）NSOperation操作依赖

NSOperation、NSOperationQueue最吸引人的就是它能够添加操作之间的依赖关系，通过依赖关系，我们就可以很方便的控制操作之间的执行先后顺序。
NSOperation提供了3个接口供我们使用依赖：

- (void)addDependency:(NSOperation *)op添加依赖，是当前操作依赖op的完成，op完成之后才会执行当前操作。
- (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;操作对象的一个属性，在当前操作开始执行之前完成执行的所有操作对象数组。

1. 没有添加依赖时

NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];
    
NSBlockOperation *firstOperation = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^
    NSLog(@"firstOperation");
];
NSBlockOperation *secondOperation = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^
    NSLog(@"secondOperation");
];
NSBlockOperation *thirdOperation = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^
    NSLog(@"thirdOperation");
];

[queue addOperation:firstOperation];
[queue addOperation:secondOperation];
[queue addOperation:thirdOperation];

输出：

firstOperation
thirdOperation
secondOperation

没有添加依赖，执行都是并发执行的，没有次序可言。

2. 添加依赖后

NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];

NSBlockOperation *firstOperation = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^
    NSLog(@"firstOperation");
];
NSBlockOperation *secondOperation = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^
    NSLog(@"secondOperation");
];
NSBlockOperation *thirdOperation = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^
    NSLog(@"thirdOperation");
];

[secondOperation addDependency:firstOperation]; // 让secondOperation依赖于firstOperation，即firstOperation先执行，在执行secondOperation
[thirdOperation addDependency:secondOperation]; // 让thirdOperation依赖于secondOperation，即secondOperation先执行，在执行thirdOperation

[queue addOperation:firstOperation];
[queue addOperation:secondOperation];
[queue addOperation:thirdOperation];

输出：

firstOperation
secondOperation
thirdOperation

在我们添加依赖之后，操作都是按照添加依赖的次序来的。

3. 相互依赖

NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];
    
NSBlockOperation *firstOperation = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^
    NSLog(@"firstOperation");
];
NSBlockOperation *secondOperation = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^
    NSLog(@"secondOperation");
];
NSBlockOperation *thirdOperation = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^
    NSLog(@"thirdOperation");
];

[secondOperation addDependency:firstOperation]; // 让secondOperation依赖于firstOperation，即firstOperation先执行，再执行secondOperation
[firstOperation addDependency:secondOperation]; // 让firstOperation依赖于secondOperation，即secondOperation先执行，再执行firstOperation

[queue addOperation:firstOperation];
[queue addOperation以上是关于[iOS开发]NSOperation & NSOperationQueue的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章 
 iOS开发 - 第04篇 - 网络 - 01 - NSOperation & 网络基础
 iOS开发系列-NSOperation
 iOS开发之多线程技术——NSOperation篇
 iOS 开发多线程 —— NSOperation
 iOS开发多线程篇 09 —NSOperation简单介绍
 iOS开发多线程--（NSOperation/Queue）