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iOS必备装X技能-NSOperationQueue 控制串行执行、并发执行

 NSOperationQueue 控制串行执行、并发执行

NSOperationQueue 创建的自定义队列同时具有串行、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}。

/**
* 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
}
}];
}

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

 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:


/**
* 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];
}

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

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。


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

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,就是处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。


 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

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

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。


NSOperation、NSOperationQueue 非线程安全

先来看看不考虑线程安全的代码:

/**
* 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
NSBlockOperation *op1 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
[self saleTicketNotSafe];
}];

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

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

NSOperation、NSOperationQueue 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:


/**
* 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
NSBlockOperation *op1 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
[self saleTicketSafe];
}];

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

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

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。


 NSOperationQueue 常用属性和方法

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。
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。
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。
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。


作者:Cooci
链接:https://www.jianshu.com/p/5ee0aa045127





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