NSOperation、NSOperationQueue 小結


本篇文章將會簡單介紹 iOS 多線程相關的內容。對 NSOperation、NSOperationQueue 的使用進行介紹總結。還將會介紹線程鎖相關的內容。

iOS 多線程

多線程在開發(fā)中被廣泛使用，創(chuàng)建多個線程，每個線程上同時執(zhí)行不同的任務，從而更快更好使用 CPU 來進行工作。iOS 中提供了多種創(chuàng)建線程的方法，方便開發(fā)者操作使用。

1、pthread

POSIX 線程，定義了創(chuàng)建和操縱線程的一套 C語言的 API，使用方法如下：

//#import <pthread.h>

- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event {
    pthread_t thread;
    pthread_create(&thread, NULL, calculate, NULL);
}

void *calculate() {
    NSLog(@"%@", [NSThread currentThread]);
    return NULL;
}
//<NSThread: 0x600002d28c40>{number = 7, name = (null)}

2、NSThread

NSThread 是 OC 對 pthread 的一個封裝。通過封裝，可以更方便的操作線程。

NSThread * thread=[[NSThread alloc] initWithTarget:self selector:@selector(run:) object:@"abc"];
//NSThread *thread = [[NSThread alloc] initWithBlock:^{ }];  //iOS 10
thread.name=@"子線程";
[thread start];
// <NSThread: 0x600000e17a80>{number = 8, name = 子線程} -- abc


//自啟動創(chuàng)建子線程的方法
[NSThread detachNewThreadSelector:@selector(run:) toTarget:self withObject:@"abc"];
//[NSThread detachNewThreadWithBlock:^{ }]; //iOS 10
//<NSThread: 0x600000b21040>{number = 8, name = (null)} -- abc


//為了更加簡化我們創(chuàng)建一個子線程的操作, NSObject對創(chuàng)建線程封裝了一些方法
//內部會自動的創(chuàng)建一個子線程,并且把@selector中的方法交給子線程去做,返回值void
[self performSelectorInBackground:@selector(run:) withObject:@"abc"];
// <NSThread: 0x600001fd4c40>{number = 8, name = (null)} -- abc

//[self performSelector:@selector(run:) withObject:@"abc"];
// <NSThread: 0x60000174cf00>{number = 1, name = main} -- asdf


//線程間通信
[NSThread detachNewThreadWithBlock:^{
    [self run:@"yyy"];
    
    NSLog(@"on thread");
    [NSThread sleepForTimeInterval:2];
    NSLog(@"thread end sleep");
            
    [self performSelector:@selector(run:) withObject:@"xxx"];
    [self performSelectorOnMainThread:@selector(run:) withObject:@"abc" waitUntilDone:YES]; //從子線程轉回主線程
    [self performSelectorInBackground:@selector(run:) withObject:@"123"];
}];

// <NSThread: 0x600000015240>{number = 8, name = (null)} -- yyy
// on thread
// thread end sleep
// <NSThread: 0x600000015240>{number = 8, name = (null)} -- xxx
// <NSThread: 0x600000058f00>{number = 1, name = main} -- abc
// <NSThread: 0x600003bdaf00>{number = 9, name = (null)} -- 123


- (void)run:(id)obj {
    NSLog(@"%@ -- %@", [NSThread currentThread], obj);
}

使用 pthread 或者 NSThread 是直接對線程操作，可能會引發(fā)的一個問題，如果你的代碼和所基于的框架代碼都創(chuàng)建自己的線程，那么活動的線程數(shù)量有可能以指數(shù)級增長，每個線程都會消耗內存和內核資源。這樣管理多個線程比較困難，所以不推薦在多線程任務多的情況下使用。

蘋果官方推薦使用 GCD、NSOperation 和 NSOperationQueue ，這樣就不用直接跟線程打交道了，只需要向隊列中添加代碼塊即可，GCD 在后端管理著一個線程池。GCD 不僅決定著你的代碼塊將在哪個線程被執(zhí)行，它還根據(jù)可用的系統(tǒng)資源對這些線程進行管理。這樣可以將開發(fā)者從線程管理的工作中解放出來，通過集中的管理線程，來緩解大量線程被創(chuàng)建的問題。

有關 GCD 的介紹可查看之前的文章。
下面來介紹有關 NSOperation 和 NSOperationQueue 的操作。


3、NSOperation、NSOperationQueue

NSOperation、NSOperationQueue 是 iOS 中一種多線程實現(xiàn)方式，實際上是基于 GCD 更高一層的封裝，NSOperation 和 NSOperationQueue 分別對應 GCD 的任務和隊列。面向對象，比 GCD 更簡單易用。

3.1、NSOperation

NSOperation是一個和任務相關的抽象類，不具備封裝操作的能力，必須使用其子類 NSBlockOperation、NSInvocationOperation 或者使用自定義的繼承自 NSOperation 的子類。

NSInvocationOperation
NSInvocationOperation *iop = [[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector:@selector(run:) object:@"123"];
[iop start]; //在主線程上運行，相當于同步執(zhí)行
// <NSThread: 0x600003e8cf00>{number = 1, name = main} -- 123
NSBlockOperation
NSBlockOperation * bop=[NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{ 
        [self run:@"blockOperationWithBlock"]; 
}];
[bop addExecutionBlock:^{ 
        [self run:@"addExecutionBlock"]; 
}]; 
bop.completionBlock=^{ 
        NSLog(@"所有任務都執(zhí)行完成了");  
};
[bop start];
// <NSThread: 0x600003e8cf00>{number = 1, name = main} -- blockOperationWithBlock
// <NSThread: 0x600003edd640>{number = 5, name = (null)} -- addExecutionBlock
// 所有任務都執(zhí)行完成了

如果添加的操作多的話，blockOperationWithBlock: 中的操作也可能會在其他線程（非當前線程）中執(zhí)行，這是由系統(tǒng)決定的，并不是說添加到 blockOperationWithBlock: 中的操作一定會在當前線程中執(zhí)行。addExecutionBlock: 的在哪個線程執(zhí)行也不一定。一般都是把操作加入隊列，通過隊列來控制執(zhí)行方式，對于線程的操作不用我們來處理。正如前面提到的，我們不用直接跟線程打交道，只需添加任務即可。

自定義 NSOperation

我們可以通過重寫 main 或者 start 方法 來定義自己的 operations 。
重寫 main 這種方法簡單，不需要管理一些狀態(tài)屬性（例如 isExecuting 和 isFinished），當 main 方法返回的時候，這個 operation 就結束了。這種方式使用起來非常簡單，但是靈活性相對重寫 start 來說要少一些。

@interface MyOperation : NSOperation
@end

@implementation MyOperation
- (void)main {
    NSLog(@"my operation main() -- %@", [NSThread currentThread]);
    
    //為了能使用操作隊列所提供的取消功能，
    //在長時間操作中時不時地檢查 isCancelled 屬性
    while (notDone && !self.isCancelled) {
        // 進行處理
    }
}
@end

MyOperation *op = [[MyOperation alloc] init];
[op start];
//my operation main() -- <NSThread: 0x6000009780c0>{number = 1, name = main}

如果想擁有更多的控制權，以及在一個操作中可以執(zhí)行異步任務，可以通過重寫 start 方法實現(xiàn)：

@interface MyOperation ()
@property (readonly, getter=isExecuting) BOOL executing;
@property (readonly, getter=isFinished) BOOL finished;
@end

@implementation MyOperation

@synthesize executing = _executing;
@synthesize finished = _finished;

- (void)start {
    self.executing = YES;
    self.finished = NO;
    
    NSLog(@"start - %@", [NSThread currentThread]);
    dispatch_async(dispatch_get_global_queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
        [NSThread sleepForTimeInterval:2];
        NSLog(@"do - %@", [NSThread currentThread]);
        [self done];
    });
}

- (void)done {
    self.finished = YES;
    self.executing = NO;
}


- (void)setFinished:(BOOL)finished {
    [self willChangeValueForKey:@"isFinished"];
    _finished = finished;
    [self didChangeValueForKey:@"isFinished"];
}

- (void)setExecuting:(BOOL)executing {
    [self willChangeValueForKey:@"isExecuting"];
    _executing = executing;
    [self didChangeValueForKey:@"isExecuting"];
}
@end


MyOperation *op = [[MyOperation alloc] init];
[op start];
//start - <NSThread: 0x600000f54d80>{number = 1, name = main}
//do - <NSThread: 0x600000f0df00>{number = 6, name = (null)}

這種情況下，你必須手動管理操作的狀態(tài)。 為了讓操作隊列能夠捕獲到操作的改變，需要將狀態(tài)的屬性以配合 KVO 的方式進行實現(xiàn)。如果你不使用它們默認的 setter 來進行設置的話，你就需要在合適的時候發(fā)送合適的 KVO 消息。

3.2、NSOperationQueue

NSOperationQueue 有兩種不同類型的隊列：主隊列和自定義隊列。主隊列運行在主線程之上，而自定義隊列在后臺執(zhí)行。在兩種類型中，這些隊列所處理的任務都使用 NSOperation 的子類來表述。

NSInvocationOperation * iop1=[[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector:@selector(run:) object:@"queue iop1"];
        
NSBlockOperation * bop=[NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
    NSLog(@"%@ -- queue bop",[NSThread currentThread]);
}];
        
//添加依賴關系
//iop1 依賴于 bop 一定是在 bop 任務執(zhí)行完成之后才會執(zhí)行 iop1 中的任務。相當于間接的設定了任務的執(zhí)行順序。
//看下面的打印內容，添加依賴的兩個任務，在同一個線程中執(zhí)行，順序執(zhí)行。這個不確定，不用管線程
[iop1 addDependency:bop];
        
//創(chuàng)建一個隊列, 把任務交給隊列管理
NSOperationQueue * queue=[[NSOperationQueue alloc] init];
[queue addOperation:iop1];
[queue addOperation:bop];
[queue addOperationWithBlock:^{
    NSLog(@"%@ -- queue add block",[NSThread currentThread]);
}];

//waitUntilFinished 是否等待隊列中的執(zhí)行任務完成之后再去執(zhí)行后面的邏輯代碼
//[queue addOperations:@[iop1, bop] waitUntilFinished:YES];

/** 不能重復加入隊列，不然崩潰
reason: operations are finished, executing, or already in a queue, and cannot be enqueued' */
        
NSLog(@" end -- ");

//任務加入隊列，隊列創(chuàng)建子線程并發(fā)執(zhí)行，不需要調用 start 方法
// end -- //不阻塞主線程，這個先打印
// <NSThread: 0x600000ce8380>{number = 7, name = (null)} -- queue add block
// <NSThread: 0x600002851140>{number = 5, name = (null)} -- queue bop
// <NSThread: 0x60000287cf00>{number = 5, name = (null)} -- queue iop1
添加依賴關系

[iop1 addDependency:bop];
iop1 依賴于 bop 一定是在 bop 任務執(zhí)行完成之后才會執(zhí)行 iop1 中的任務。相當于間接的設定了任務的執(zhí)行順序。
根據(jù)上面打印內容，添加依賴的兩個任務，在同一個線程中執(zhí)行，順序執(zhí)行。這個不確定，不用管線程。

maxConcurrentOperationCount

queue.maxConcurrentOperationCount = 2 ;
用來控制一個特定隊列中可以有多少個操作參與并發(fā)執(zhí)行。
若將其設置為 1 的話，你將得到一個串行隊列，這在以隔離為目的的時候會很有用。

addBarrierBlock

類似于 GCD 中的 dispatch_barrier_async 柵欄。類似分界線，阻礙后面的任務執(zhí)行，直到 barrier block 執(zhí)行完畢。

        NSOperationQueue * queue=[[NSOperationQueue alloc] init];
        [queue addOperationWithBlock:^{
            NSLog(@"%@ --1 ",[NSThread currentThread]);
        }];
        [queue addBarrierBlock:^{
            NSLog(@"%@ -- barrier ",[NSThread currentThread]);
        }];
        [queue addOperationWithBlock:^{
            NSLog(@"%@ --2 ",[NSThread currentThread]);
        }];
        NSLog(@" end -- ");
        
// end --
// <NSThread: 0x600002de8b00>{number = 7, name = (null)} --1
// <NSThread: 0x600002dbc180>{number = 5, name = (null)} -- barrier
// <NSThread: 0x600002dbd280>{number = 4, name = (null)} --2
操作之間的通信
        NSOperationQueue * queue=[[NSOperationQueue alloc] init];
        [queue addOperationWithBlock:^{
            NSLog(@"%@ -- do something ",[NSThread currentThread]);
            [NSThread sleepForTimeInterval:2];
            
            //任務完成，回到主線程
            [[NSOperationQueue mainQueue] addOperationWithBlock:^{
                NSLog(@"%@ -- completed ",[NSThread currentThread]);
            }];
        }];
        NSLog(@" end -- ");
        
// end --
// <NSThread: 0x600003550980>{number = 4, name = (null)} -- do something
// <NSThread: 0x60000351cd80>{number = 1, name = main} -- completed

線程安全

在多線程中訪問共享資源，可能會遇到一些問題。比如，線程 A 和 B 都從內存中讀取出了計數(shù)器的值，線程 A 將計數(shù)器值加一，同時線程 B 也將計數(shù)器值加一，這時計數(shù)器被加了兩次，因為同時操作，結果只加一，這樣就導致了數(shù)據(jù)的混亂。

為了防止出現(xiàn)這樣的問題，多線程需要一種互斥的機制來訪問共享資源，保證線程安全。

互斥訪問就是同一時刻，只允許一個線程訪問某個特定資源。為了保證這一點，每個希望訪問共享資源的線程，首先需要獲得一個共享資源的互斥鎖，一旦某個線程對資源完成了操作，就釋放掉這個互斥鎖，這樣別的線程就有機會訪問該共享資源了。

加鎖方式，常見的有，@synchronized、NSLock、dispatch_semaphore。

@synchronized

        //創(chuàng)建兩個操作，去訪問 self.count 
        NSOperationQueue * queue1=[[NSOperationQueue alloc] init];
        [queue1 addOperationWithBlock:^{
            NSLog(@"1 -- %@",[NSThread currentThread]);
            [self addCount];
        }];
        
        NSOperationQueue * queue2=[[NSOperationQueue alloc] init];
        [queue2 addOperationWithBlock:^{
            NSLog(@"2 -- %@ ",[NSThread currentThread]);
            [self addCount];
        }];

      
- (void)addCount {
    @synchronized (self) {
        self.count += 1;
    }
}

@synchronized (self) 括號里的 self 為該鎖的標識，只有當標識相同時，才滿足互斥。

NSLock

//self.lock = [[NSLock alloc] init];

- (void)addCount {
    [self.lock lock];
    self.count += 1;
    [self.lock unlock];
}

NSLock 也是我們經(jīng)常所使用的鎖，除 lock 和 unlock 方法外，還有方法：
tryLock ：嘗試加鎖，如果鎖不可用(已經(jīng)被鎖住)，剛并不會阻塞線程，并返回NO。
lockBeforeDate: 會在所指定 Date 之前嘗試加鎖，如果在指定時間之前都不能加鎖，則返回NO。

類似的鎖還有，NSConditionLock、NSRecursiveLock、NSCondition

dispatch_semaphore

GCD 中的 dispatch_semaphore 信號量，也可以用來加鎖。

//@property (strong, nonatomic, nonnull) dispatch_semaphore_t someLock;
//self.someLock = dispatch_semaphore_create(1);

- (void)addCount {
    dispatch_semaphore_wait(self.someLock, DISPATCH_TIME_FOREVER); //加鎖
    self.count += 1;
    dispatch_semaphore_signal(self.someLock); //解鎖
}

1、dispatch_semaphore_create 函數(shù)可以生成信號量，參數(shù)是信號量計數(shù)的初始值。
2、dispatch_semaphore_wait 函數(shù)，當信號量值為 0 時等待，等待直到超時，參數(shù)可設置超時時長。信號量值大于等于 1 時，不等待，同時將信號量值減 1。
3、dispatch_semaphore_signal 函數(shù)會讓信號量值加 1，如果有通過dispatch_semaphore_wait 函數(shù)等待信號量值增加的線程，會由系統(tǒng)喚醒最先等待的線程執(zhí)行。

除了以上這些方法之外，還有 pthread_mutex、OSSpinLock 等方法，這里不再介紹，自行查閱資料。

避免死鎖

互斥鎖解決了內存讀寫安全的問題，但這也引入了其他問題，其中一個就是死鎖。當多個線程在相互等待著對方的結束時，就會發(fā)生死鎖，這時程序可能會被卡住。

在線程之間共享的資源越多，使用的鎖越多，程序被死鎖的概率也越大。所以要盡量減少線程間資源共享，確保共享的資源盡量簡單。


多線程注意事項

1、控制線程數(shù)量

使用并行隊列，當任務過多且耗時較長時，隊列會創(chuàng)建大量線程，而部分線程里面的耗時任務已經(jīng)耗盡了 CPU 資源，所以其他的線程也只能等待 CPU 時間片，過多的線程也會讓線程調度過于頻繁。

GCD 中并行隊列并不能限制線程數(shù)量，可以創(chuàng)建多個串行隊列來模擬并行的效果。

2、減少隊列切換

當線程數(shù)量超過 CPU 核心數(shù)量，CPU 核心通過線程調度切換用戶態(tài)線程，意味著有上下文的轉換（寄存器數(shù)據(jù)、棧等），過多的上下文切換會帶來資源開銷。雖然內核態(tài)線程的切換理論上不會是性能負擔，開發(fā)中還是應該盡量減少線程的切換。

使用隊列切換并不總是意味著線程的切換，代碼層面可以減少隊列切換來優(yōu)化。

NSOperationQueue * queue=[[NSOperationQueue alloc] init];
[queue addOperationWithBlock:^{
    [[NSOperationQueue mainQueue] addOperationWithBlock:^{
        //...
    }];
}];


References

蘋果官網(wǎng)：Operation Queues
并發(fā)編程：API 及挑戰(zhàn)
iOS中保證線程安全的幾種方式與性能對比
iOS 如何高效的使用多線程

最后編輯于 ：
?著作權歸作者所有,轉載或內容合作請聯(lián)系作者
平臺聲明：文章內容（如有圖片或視頻亦包括在內）由作者上傳并發(fā)布，文章內容僅代表作者本人觀點，簡書系信息發(fā)布平臺，僅提供信息存儲服務。
  • 人面猴
    序言：七十年代末，一起剝皮案震驚了整個濱河市，隨后出現(xiàn)的幾起案子，更是在濱河造成了極大的恐慌，老刑警劉巖，帶你破解...
    沈念sama閱讀 228,646評論 6贊 533
  • 死咒
    序言：濱河連續(xù)發(fā)生了三起死亡事件，死亡現(xiàn)場離奇詭異，居然都是意外死亡，警方通過查閱死者的電腦和手機，發(fā)現(xiàn)死者居然都...
    沈念sama閱讀 98,595評論 3贊 418
  • 救了他兩次的神仙讓他今天三更去死
    文/潘曉璐 我一進店門，熙熙樓的掌柜王于貴愁眉苦臉地迎上來，“玉大人，你說我怎么就攤上這事。” “怎么了？”我有些...
    開封第一講書人閱讀 176,560評論 0贊 376
  • 道士緝兇錄：失蹤的賣姜人
    文/不壞的土叔 我叫張陵，是天一觀的道長。 經(jīng)常有香客問我，道長，這世上最難降的妖魔是什么？ 我笑而不...
    開封第一講書人閱讀 63,035評論 1贊 314
  • ?港島之戀（遺憾婚禮）
    正文 為了忘掉前任，我火速辦了婚禮，結果婚禮上，老公的妹妹穿的比我還像新娘。我一直安慰自己，他們只是感情好，可當我...
    茶點故事閱讀 71,814評論 6贊 410
  • 惡毒庶女頂嫁案：這布局不是一般人想出來的
    文/花漫 我一把揭開白布。 她就那樣靜靜地躺著，像睡著了一般。 火紅的嫁衣襯著肌膚如雪。 梳的紋絲不亂的頭發(fā)上，一...
    開封第一講書人閱讀 55,224評論 1贊 324
  • 城市分裂傳說
    那天，我揣著相機與錄音，去河邊找鬼。 笑死，一個胖子當著我的面吹牛，可吹牛的內容都是我干的。 我是一名探鬼主播，決...
    沈念sama閱讀 43,301評論 3贊 442
  • 雙鴛鴦連環(huán)套：你想象不到人心有多黑
    文/蒼蘭香墨 我猛地睜開眼，長吁一口氣：“原來是場噩夢啊……” “哼！你這毒婦竟也來了？” 一聲冷哼從身側響起，我...
    開封第一講書人閱讀 42,444評論 0贊 288
  • 萬榮殺人案實錄
    序言：老撾萬榮一對情侶失蹤，失蹤者是張志新（化名）和其女友劉穎，沒想到半個月后，有當?shù)厝嗽跇淞掷锇l(fā)現(xiàn)了一具尸體，經(jīng)...
    沈念sama閱讀 48,988評論 1贊 335
  • ?護林員之死
    正文 獨居荒郊野嶺守林人離奇死亡，尸身上長有42處帶血的膿包…… 初始之章·張勛 以下內容為張勛視角 年9月15日...
    茶點故事閱讀 40,804評論 3贊 355
  • ?白月光啟示錄
    正文 我和宋清朗相戀三年，在試婚紗的時候發(fā)現(xiàn)自己被綠了。 大學時的朋友給我發(fā)了我未婚夫和他白月光在一起吃飯的照片。...
    茶點故事閱讀 42,998評論 1贊 370
  • 活死人
    序言：一個原本活蹦亂跳的男人離奇死亡，死狀恐怖，靈堂內的尸體忽然破棺而出，到底是詐尸還是另有隱情，我是刑警寧澤，帶...
    沈念sama閱讀 38,544評論 5贊 360
  • ?日本核電站爆炸內幕
    正文 年R本政府宣布，位于F島的核電站，受9級特大地震影響，放射性物質發(fā)生泄漏。R本人自食惡果不足惜，卻給世界環(huán)境...
    茶點故事閱讀 44,237評論 3贊 347
  • 男人毒藥：我在死后第九天來索命
    文/蒙蒙 一、第九天 我趴在偏房一處隱蔽的房頂上張望。 院中可真熱鬧，春花似錦、人聲如沸。這莊子的主人今日做“春日...
    開封第一講書人閱讀 34,665評論 0贊 26
  • 一樁弒父案，背后竟有這般陰謀
    文/蒼蘭香墨 我抬頭看了看天上的太陽。三九已至，卻和暖如春，著一層夾襖步出監(jiān)牢的瞬間，已是汗流浹背。 一陣腳步聲響...
    開封第一講書人閱讀 35,927評論 1贊 287
  • 情欲美人皮
    我被黑心中介騙來泰國打工， 沒想到剛下飛機就差點兒被人妖公主榨干…… 1. 我叫王不留，地道東北人。 一個月前我還...
    沈念sama閱讀 51,706評論 3贊 393
  • 代替公主和親
    正文 我出身青樓，卻偏偏與公主長得像，于是被迫代替她去往敵國和親。 傳聞我的和親對象是個殘疾皇子，可洞房花燭夜當晚...
    茶點故事閱讀 47,993評論 2贊 374