iOS 多线程 --- NSOperation、NSOperationQueue

一. 概念

1. `NSOperation`和`NSOperationQueue`是基于`GCD`的更高一层的封装。

2. 操作 `NSOperation`

NSOperation，执行的操作，对应于GCD的同异步中block里面的任务。
使用两个子类：NSInvocationOperation和NSBlockOperation或者继承于NSOperation自定义子类来封装操作。

3. 操作队列 `NSOperationQueue`

NSOperationQueue，存放操作的队列。
NSOperationQueue里面任务的执行顺序通过设置优先级Priority和依赖关系Dependency进行控制。
通过设置最大并发操作数maxConcurrentOperationCount来控制串行或者并发。
NSOperationQueue提供两种不同类型的队列：主队列（运行在主线程上）和自定义队列。

4. 使用说明

NSOperation单独使用时，是同步执行操作。需要配合NSOperationQueue实现多线程。
第一步，创建操作：将需要执行的操作封装到一个NSOperation对象中。
第二步，创建操作队列NSOperationQueue，然后将NSOperation对象放到NSOperationQueue里面。

二. NSOperation的使用

注：NSOperation是个抽象类，不能用来封装操作。使用它的两个子类NSInvocationOperation来NSBlockOperation或者自定义子类来封装操作。

1. NSInvocationOperation

- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    NSLog(@"---");
    NSInvocationOperation *op = [[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector:@selector(LoadData) object:nil];
    [op start];
    NSLog(@"+++");
}
- (void)LoadData{
    [NSThread sleepForTimeInterval:2];
    NSLog(@"currentThread---%@",[NSThread currentThread]);
}

 ---
 currentThread---<NSThread: 0x6000008e6940>{number = 1, name = main}
 +++

单独使用子类NSInvocationOperation进行操作的时候，不会开启新的线程。
当前线程会阻塞，必须所有任务都执行完成之后，才能执行NSInvocationOperation后面的代码。

2. NSBlockOperation

NSLog(@"---");
NSBlockOperation *op = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
    [NSThread sleepForTimeInterval:2.0];
    NSLog(@"currentThread---%@", [NSThread currentThread]);
}];
[op start];
NSLog(@"+++");

 ---
 currentThread---<NSThread: 0x600000ad0100>{number = 1, name = main}
 +++

单独使用子类NSBlockOperation进行操作的时候（不添加额外操作），不会开启新的线程。
当前线程会阻塞，必须所有任务都执行完成之后，才能执行NSBlockOperation后面的代码。

addExecutionBlock:在外部给NSBlockOperation添加操作。

NSLog(@"---");
NSBlockOperation *op = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
    [NSThread sleepForTimeInterval:2.0];
    NSLog(@"currentThread---%@", [NSThread currentThread]);
}];
[op addExecutionBlock:^{
    [NSThread sleepForTimeInterval:1.0];
    NSLog(@"currentThread1---%@", [NSThread currentThread]);
}];
[op addExecutionBlock:^{
    [NSThread sleepForTimeInterval:1.0];
    NSLog(@"currentThread2---%@", [NSThread currentThread]);
}];
[op start];
NSLog(@"+++");

 ---
 currentThread2---<NSThread: 0x600000762d00>{number = 4, name = (null)}
 currentThread1---<NSThread: 0x600000755180>{number = 3, name = (null)}
 currentThread---<NSThread: 0x60000073d280>{number = 1, name = main}
 +++

当前线程会阻塞，必须所有任务都执行完成之后，才能执行NSBlockOperation后面的代码。
配合addExecutionBlock:使用，如果额外添加的操作足够多的话，会开启新的线程（由系统决定）。
所有的操作（原先block里面的操作和通过addExecutionBlock:添加进去的额外操作）在不同的线程中异步执行。
多试验几次，还会发现原先block里面的操作也有可能不在当前的线程中执行。

总结：

单独使用NSBlockOperation进行操作的时候，一定会造成当前线程阻塞。
如果不添加额外操作，那么不会开启新的线程，block中的任务在当前线程执行。
如果配合addExecutionBlock:添加额外操作，可能会开启新的线程。
如果开启新的线程，操作会在不同的线程中异步执行，而且block中的操作有可能不在当前的线程执行。

3. 继承于NSOperation的自定义子类

#import <Foundation/Foundation.h>
@interface wxhOperation : NSOperation
@end

#import "wxhOperation.h"
@implementation wxhOperation
- (void)main{
    if (!self.isCancelled) {
        [NSThread sleepForTimeInterval:2];
        NSLog(@"currentThread---%@", [NSThread currentThread]);
    }
}
@end

#import "ViewController.h"
#import "wxhOperation.h"
@interface ViewController ()
@end

@implementation ViewController
- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    NSLog(@"---");
    wxhOperation *op = [[wxhOperation alloc] init];
    [op start];
    NSLog(@"+++");
}

 ---
 currentThread---<NSThread: 0x600000d99380>{number = 1, name = main}
 +++

单独使用自定义继承子类wxhOperation进行操作的时，不会开启新的线程。
当前线程会阻塞，必须所有任务都执行完成之后，才能执行wxhOperation后面的代码。

三. NSOperationQueue的使用

注：NSOperationQueue有两种队列，另一种是主队列，一种是自定义队列。

1. 主队列

NSOperationQueue *queue = [NSOperationQueue mainQueue];

添加到主队列中的操作，一般都会在主线程中执行。
如果有使用addExecutionBlock:添加的额外操作，那么也有可能在其他线程执行。
一般会在主队列中进行UI刷新的操作。

2. 自定义队列

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

添加到自定义队列中的操作，就会在子线程中执行。
一般会在自定义队列中执行耗时操作。

四. NSOperation加入到NSOperationQueue中使用

注：NSOperationQueue队列添加操作NSOperation有两种方法分别是addOperation和addOperationWithBlock。

1. addOperation

先创建操作，再把操作加到队列里面。

NSLog(@"---");
NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];
NSInvocationOperation *op1 = [[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector:@selector(LoadData) object:nil];
NSBlockOperation *op2 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
    [NSThread sleepForTimeInterval:2.0];
    NSLog(@"currentThread2---%@", [NSThread currentThread]);
}];
NSBlockOperation *op3 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
    [NSThread sleepForTimeInterval:1.0];
    NSLog(@"currentThread3---%@", [NSThread currentThread]);
}];
[queue addOperation:op1];
[queue addOperation:op2];
[queue addOperation:op3];
NSLog(@"+++");

- (void)LoadData{
    [NSThread sleepForTimeInterval:2.0];
    NSLog(@"currentThread1---%@",[NSThread currentThread]);
}

 ---
 +++
 currentThread3---<NSThread: 0x600003541600>{number = 3, name = (null)}
 currentThread1---<NSThread: 0x600003541940>{number = 5, name = (null)}
 currentThread2---<NSThread: 0x600003541840>{number = 4, name = (null)}

当前线程不会出现阻塞现象。
开启了新的线程，并且并发执行。

2. addOperationWithBlock

不需要创建操作，直接在block里面添加操作。

NSLog(@"---");
NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];
[queue addOperationWithBlock:^{
    [NSThread sleepForTimeInterval:2.0];
    NSLog(@"currentThread1---%@", [NSThread currentThread]);
}];
[queue addOperationWithBlock:^{
    [NSThread sleepForTimeInterval:3.0];
    NSLog(@"currentThread2---%@", [NSThread currentThread]);
}];
[queue addOperationWithBlock:^{
    [NSThread sleepForTimeInterval:1.0];
    NSLog(@"currentThread3---%@", [NSThread currentThread]);
}];
[queue addOperationWithBlock:^{
    [NSThread sleepForTimeInterval:2.0];
    NSLog(@"currentThread4---%@", [NSThread currentThread]);
}];
NSLog(@"+++");

 ---
 +++
 currentThread3---<NSThread: 0x600001744680>{number = 3, name = (null)}
 currentThread4---<NSThread: 0x600001744ac0>{number = 5, name = (null)}
 currentThread1---<NSThread: 0x600001744a00>{number = 4, name = (null)}
 currentThread2---<NSThread: 0x600001748940>{number = 6, name = (null)}

当前线程不会出现阻塞现象。
开启了新的线程，并且并发执行。

五. NSOperationQueue控制串行和并发

注：NSOperationQueue通过设置maxConcurrentOperationCount（最大并发操作数）来控制队列的串行和并发。

默认maxConcurrentOperationCount为-1，表示不进行限制，可并发执行。

1. 设置成串行队列

NSLog(@"---");
NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];
queue.maxConcurrentOperationCount = 1;
[queue addOperationWithBlock:^{
    [NSThread sleepForTimeInterval:2.0];
    NSLog(@"currentThread1---%@", [NSThread currentThread]);
}];
[queue addOperationWithBlock:^{
    [NSThread sleepForTimeInterval:3.0];
    NSLog(@"currentThread2---%@", [NSThread currentThread]);
}];
[queue addOperationWithBlock:^{
    [NSThread sleepForTimeInterval:1.0];
    NSLog(@"currentThread3---%@", [NSThread currentThread]);
}];
[queue addOperationWithBlock:^{
    [NSThread sleepForTimeInterval:2.0];
    NSLog(@"currentThread4---%@", [NSThread currentThread]);
}];
NSLog(@"+++");

---
+++
currentThread1---<NSThread: 0x60000046f3c0>{number = 3, name = (null)}
currentThread2---<NSThread: 0x60000046b180>{number = 4, name = (null)}
currentThread3---<NSThread: 0x60000046f3c0>{number = 3, name = (null)}
currentThread4---<NSThread: 0x60000046b180>{number = 4, name = (null)}

设置maxConcurrentOperationCount为1，队列为串行队列。
当前线程不会阻塞。
虽然开启新的线程，但是队列里面的操作是同步执行，执行完第一个之后，才能执行第二个。

2. 设置成并发队列

NSLog(@"---");
NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];
queue.maxConcurrentOperationCount = 10;
[queue addOperationWithBlock:^{
    [NSThread sleepForTimeInterval:2.0];
    NSLog(@"currentThread1---%@", [NSThread currentThread]);
}];
[queue addOperationWithBlock:^{
    [NSThread sleepForTimeInterval:3.0];
    NSLog(@"currentThread2---%@", [NSThread currentThread]);
}];
[queue addOperationWithBlock:^{
    [NSThread sleepForTimeInterval:1.0];
    NSLog(@"currentThread3---%@", [NSThread currentThread]);
}];
[queue addOperationWithBlock:^{
    [NSThread sleepForTimeInterval:2.0];
    NSLog(@"currentThread4---%@", [NSThread currentThread]);
}];
NSLog(@"+++");

---
+++
currentThread3---<NSThread: 0x60000341ce80>{number = 3, name = (null)}
currentThread4---<NSThread: 0x600003426180>{number = 4, name = (null)}
currentThread1---<NSThread: 0x60000341cec0>{number = 5, name = (null)}
currentThread2---<NSThread: 0x600003410000>{number = 6, name = (null)}

设置maxConcurrentOperationCount大于1，队列为并发队列，并行执行。
当前线程不会阻塞。
开启新的线程，队列里面的操作是并发执行，可以多个一起执行。

六. 设置依赖关系

NSLog(@"---");
NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];
NSInvocationOperation *op1 = [[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector:@selector(LoadData) object:nil];
NSBlockOperation *op2 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
    [NSThread sleepForTimeInterval:2.0];
    NSLog(@"currentThread2---%@", [NSThread currentThread]);
}];
[op2 addDependency:op1];
[queue addOperation:op1];
[queue addOperation:op2];
NSLog(@"+++");

- (void)LoadData{
    [NSThread sleepForTimeInterval:3.0];
    NSLog(@"currentThread1---%@",[NSThread currentThread]);
}

---
+++
currentThread1---<NSThread: 0x600001dfbe80>{number = 3, name = (null)}
currentThread2---<NSThread: 0x600001dfbb80>{number = 4, name = (null)}

设置操作op2依赖于操作op1，那么只有当op1执行完毕之后，才能执行op2。

七. 设置优先级

优先级的取值

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

NSOperation优先级默认为NSOperationQueuePriorityNormal，通过NSOperation的queuePriority属性给操作设置优先级。优先级主要体现在操作之间的争夺资源上，系统会优先处理queuePriority比较高的操作。
当操作NSOperation添加到队列NSOperationQueue中时，首先会进入准备就绪状态，如果没有依赖关系，queuePriority比较高的NSOperation会优先进入就绪状态，进入就绪状态的操作才可以被执行。
操作的queuePriority比较高，则优先进入就绪状态，而非优先结束操作执行。

八. 线程之间的通信

先自定义队列中执行耗时操作，然后在主队列中刷新UI。

    NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];
    [queue addOperationWithBlock:^{
        // 模拟耗时操作
        [NSThread sleepForTimeInterval:1.0];
        [[NSOperationQueue mainQueue] addOperationWithBlock:^{
            // 更新UI。
        }];
    }];

九. 线程安全

需求：有时候，我们会在多个地方同时对同一个接口进行调用，那如果每次调用过程会对下一次调用的结果有影响（有修改或者更变等操作），那么我们就必须保证该接口同一时间只能被一个地方调用，这就是线程安全。

#import "ViewController.h"

@interface ViewController ()
@property (nonatomic,strong)NSLock *lock;
@end

@implementation ViewController
- (void)viewDidLoad {
    [super viewDidLoad];
    self.lock = [[NSLock alloc] init];
    for (int i = 0; i < 10; i ++) {
        NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];
        [queue addOperationWithBlock:^{
            [self tiaoyongjiekou];
        }];
    }
}
- (void)tiaoyongjiekou{
    [self.lock lock];
    __weak typeof(self) weakSelf = self;
    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
        // 模拟耗时操作
        [NSThread sleepForTimeInterval:1.0];
        [weakSelf.lock unlock];
    });
}
@end

使用线程锁NSLock确保线程安全：

初始化一个线程锁lock，默认是解锁状态，当第一次调用tiaoyongjiekou时，进入方法内部执行并且使用[self.lock lock]加锁（第一次调用执行完毕之前，处于加锁状态）。
当执行完耗时操作时，使用[weakSelf.lock unlock]把锁解开。
如果当第一次调用还没执行完毕，第二次就调用该方法时，因为self.lock处于加锁状态，那么线程阻塞，只能原地等待。等第一次调用结束，执行完耗时操作之后，执行了[weakSelf.lock unlock]（此时就处于解锁状态），那么第二次调用才能继续执行。

十. 常用方法和属性总结

1. NSOperation

- (void)cancel; 将操作标记为取消状态。
注：该操作执行完毕后，不再执行新的操作，不是立即取消该操作。
- (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。
注：这个值和操作的依赖关系相关。
- (void)setCompletionBlock:(void (^)(void))block; 当前操作执行完毕时执行completionBlock里面的代码。
- (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。

2. NSOperationQueue

- (void)cancelAllOperations; 将队列标记为取消状态。
注：该队列执行完毕后，不再执行新的队列，不是立即取消该队列。
- (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; 可设置队列的暂停和恢复，YES代表暂停队列，NO代表恢复队列。
- (void)waitUntilAllOperationsAreFinished; 阻塞当前线程，直到队列中的操作全部执行完毕。
- (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。
+ (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：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。
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。

最后编辑于：2020.08.27 20:23:02

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