内容简介:多线程处理任务的过程中,频繁的创建/销毁线程会很大程度上影响处理效率,新起的线程数过多会降低系统性能甚至引起app崩溃。在Java和C#开发过程中可以使用线程池来解决这些问题,线程池缓存一些线程,在接到任务的时候,系统就在线程池中调度一个闲置的线程来处理这个任务,免去了频繁创建/销毁的过程。从NSOperation的使用过程就能体会到,它和线程池非常类似,下面我们就来介绍一下NSOperation的使用。NSOperation是一个抽象类,实际开发中需要使用其子类NSInvocationOperation、
多线程处理任务的过程中,频繁的创建/销毁线程会很大程度上影响处理效率,新起的线程数过多会降低系统性能甚至引起app崩溃。在 Java 和C#开发过程中可以使用线程池来解决这些问题,线程池缓存一些线程,在接到任务的时候,系统就在线程池中调度一个闲置的线程来处理这个任务,免去了频繁创建/销毁的过程。从NSOperation的使用过程就能体会到,它和线程池非常类似,下面我们就来介绍一下NSOperation的使用。
二、NSOperation简介
NSOperation是一个抽象类,实际开发中需要使用其子类NSInvocationOperation、NSBlockOperation。首先创建一个NSOperationQueue,再建多个NSOperation实例(设置好要处理的任务、operation的属性和依赖关系等),然后再将这些operation放到这个queue中,线程就会被依次启动。 苹果官网对于NSOperation的介绍 NSOperation及其子类中的常用方法如下:
//// NSOperation @property (readonly, getter=isCancelled) BOOL cancelled; @property (readonly, getter=isExecuting) BOOL executing; @property (readonly, getter=isFinished) BOOL finished; @property (readonly, getter=isReady) BOOL ready; @property NSOperationQueuePriority queuePriority; @property (readonly, copy) NSArray<NSOperation *> *dependencies; @property (nullable, copy) NSString *name; @property (nullable, copy) void (^completionBlock)(void); - (void)start; - (void)main; - (void)cancel; - (void)addDependency:(NSOperation *)op; - (void)removeDependency:(NSOperation *)op; - (void)waitUntilFinished; 复制代码
下面我们依次介绍NSInvocationOperation、NSBlockOperation的使用过程,并自定义一个继承于NSOperation的子类并实现内部相应的方法。
2.1 NSInvocationOperation
NSInvocationOperation继承于NSOperation,NSInvocationOperation的定义如下:
@interface NSInvocationOperation : NSOperation { @private id _inv; id _exception; void *_reserved2; } - (nullable instancetype)initWithTarget:(id)target selector:(SEL)sel object:(nullable id)arg; - (instancetype)initWithInvocation:(NSInvocation *)inv NS_DESIGNATED_INITIALIZER;property (readonly, retain) NSInvocation *invocation; @property (nullable, readonly, retain) id result; @end 复制代码
下面使用NSInvocationOperation来加载一张图片,示例方法如下:
- (void)loadImageWithMultiThread { /*创建一个调用操作 object:调用方法参数 */ NSInvocationOperation *invocationOperation=[[NSInvocationOperation alloc]initWithTarget:self selector:@selector(loadImage) object:nil]; //创建完NSInvocationOperation对象并不会调用,它由一个start方法启动操作,但是注意如果直接调用start方法,则此操作会在主线程中调用,一般不会这么操作,而是添加到NSOperationQueue中 // [invocationOperation start]; //创建操作队列 NSOperationQueue *operationQueue=[[NSOperationQueue alloc]init]; //注意添加到操作队后,队列会开启一个线程执行此操作 [operationQueue addOperation:invocationOperation]; } 复制代码
2.2 NSBlockOperation
NSBlockOperation继承于NSOperation,NSBlockOperation的定义如下:
@interface NSBlockOperation : NSOperation { @private id _private2; void *_reserved2; } + (instancetype)blockOperationWithBlock:(void (^)(void))block; - (void)addExecutionBlock:(void (^)(void))block; @property (readonly, copy) NSArray<void (^)(void)> *executionBlocks; @end 复制代码
下面我们来使用NSOperation,实现多个线程加载图片,示例代码如下:
//// 首先 定义一个OperationImage的Model @interface OperationImage : NSObject @property (nonatomic, assign) NSInteger index; @property (nonatomic, strong) NSData *imgData; @end @implementation OperationImage @end //// 使用NSOperation实现多线程加载图片 #define ColumnCount 4 #define RowCount 5 #define Margin 10 @interface MultiThread_NSOperation1 () @property (nonatomic, strong) NSMutableArray *imageViews; @end @implementation MultiThread_NSOperation1 - (void)viewDidLoad { [super viewDidLoad]; [self setTitle:@"NSOperation1"]; [self.view setBackgroundColor:[UIColor whiteColor]]; self.edgesForExtendedLayout = UIRectEdgeNone; [self layoutViews]; } - (void)layoutViews { CGSize size = self.view.frame.size; CGFloat imgWidth = (size.width - Margin * (ColumnCount + 1)) / ColumnCount; _imageViews=[NSMutableArray array]; for (int row=0; row<RowCount; row++) { for (int colomn=0; colomn<ColumnCount; colomn++) { UIImageView *imageView = [[UIImageView alloc] initWithFrame:CGRectMake(Margin + colomn * (imgWidth + Margin), Margin + row * (imgWidth + Margin), imgWidth, imgWidth)]; imageView.backgroundColor = [UIColor cyanColor]; [self.view addSubview:imageView]; [_imageViews addObject:imageView]; } } UIButton *button = [UIButton buttonWithType:UIButtonTypeSystem]; button.frame = CGRectMake(15, (imgWidth + Margin) * RowCount + Margin, size.width - 15 * 2, 45); [button addTarget:self action:@selector(loadImageWithMultiOperation) forControlEvents:UIControlEventTouchUpInside]; [button setTitle:@"加载图片" forState:UIControlStateNormal]; [self.view addSubview:button]; } #pragma mark - 多线程下载图片 - (void)loadImageWithMultiOperation { int count = RowCount * ColumnCount; NSOperationQueue *operationQueue = [[NSOperationQueue alloc]init]; operationQueue.maxConcurrentOperationCount = 5; NSBlockOperation *tempOperation = nil; for (int i=0; i<count; ++i) { OperationImage *operationImg = [[OperationImage alloc] init]; operationImg.index = i; ////1.直接使用操队列添加操作 //[operationQueue addOperationWithBlock:^{ // [self loadImg:operationImg]; //}]; ////2.创建操作块添加到队列 NSBlockOperation *blockOperation = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{ [self loadImg:operationImg]; }]; if (i > 0) {// 设置依赖 [blockOperation addDependency:tempOperation]; } [operationQueue addOperation:blockOperation]; tempOperation = blockOperation; } } #pragma mark - 将图片显示到界面 -(void)updateImage:(OperationImage *)operationImg { UIImage *image = [UIImage imageWithData:operationImg.imgData]; UIImageView *imageView = _imageViews[operationImg.index]; imageView.image = image; } #pragma mark - 请求图片数据 - (NSData *)requestData { NSURL *url = [NSURL URLWithString:@"https://store.storeimages.cdn-apple.com/8756/as-images.apple.com/is/image/AppleInc/aos/published/images/a/pp/apple/products/apple-products-section1-one-holiday-201811?wid=2560&hei=1046&fmt=jpeg&qlt=95&op_usm=0.5,0.5&.v=1540576114151"]; NSData *data = [NSData dataWithContentsOfURL:url]; return data; } #pragma mark - 加载图片 - (void)loadImg:(OperationImage *)operationImg { // 请求数据 operationImg.imgData = [self requestData]; // 更新UI界面(mainQueue是UI主线程) [[NSOperationQueue mainQueue] addOperationWithBlock:^{ [self updateImage:operationImg]; }]; // 打印当前线程 NSLog(@"current thread: %@", [NSThread currentThread]); } @end 复制代码
在加载网络图片的代码上打一个断点,查看断点信息,从的运行过程可以看出NSOperation底层涉及到对GCD的封装:
三、关于自定义封装NSOperation
我们用到的很多三方库都自定义封装NSOperation,如MKNetworkOperation、SDWebImage等。自定义封装抽象类NSOperation只需要重写其中的main或start方法,在多线程执行任务的过程中需要注意线程安全问题,我们还可以通过KVO监听isCancelled、isExecuting、isFinished等属性,确切的回调当前任务的状态。下面就是对NSOperation的自定义封装代码:
@interface MyOperation () //要下载图片的地址 @property (nonatomic, copy) NSString *urlString; //执行完成后,回调的block @property (nonatomic, copy) void (^finishedBlock)(NSData *data); // 自定义变量,用于重写父类isFinished的set、get方法 @property (nonatomic, assign) BOOL taskFinished; @end @implementation MyOperation + (instancetype)downloadDataWithUrlString:(NSString *)urlString finishedBlock:(void (^)(NSData *data))finishedBlock { MyOperation *operation = [[MyOperation alloc] init]; operation.urlString = urlString; operation.finishedBlock = finishedBlock; return operation; } // 监听/重写readonly属性的set、get方法 - (void)setTaskFinished:(BOOL)taskFinished { [self willChangeValueForKey:@"isFinished"]; _taskFinished = taskFinished; [self didChangeValueForKey:@"isFinished"]; } - (BOOL)isFinished { return self.taskFinished; } //- (void)main { // // // 打印当前线程 // NSLog(@"%@", [NSThread currentThread]); // // //判断是否被取消,取消正在执行的操作 // if (self.cancelled) { // return; // } // // NSURLSessionTask *task = [NSURLSession.sharedSession dataTaskWithRequest:[NSURLRequest requestWithURL:[NSURL URLWithString:self.urlString]] completionHandler:^(NSData * _Nullable data, NSURLResponse * _Nullable response, NSError * _Nullable error) { // //回到主线程更新UI // // [[NSOperationQueue mainQueue] addOperationWithBlock:^{ // self.finishedBlock(data); // }]; // }]; // [task resume]; //} - (void)start { // 打印当前线程 NSLog(@"%@", [NSThread currentThread]); //判断是否被取消,取消正在执行的操作 if (self.cancelled) { return; } NSURLSessionTask *task = [NSURLSession.sharedSession dataTaskWithRequest:[NSURLRequest requestWithURL:[NSURL URLWithString:self.urlString]] completionHandler:^(NSData * _Nullable data, NSURLResponse * _Nullable response, NSError * _Nullable error) { //回到主线程更新UI [[NSOperationQueue mainQueue] addOperationWithBlock:^{ self.finishedBlock(data); }]; self.taskFinished = YES; }]; [task resume]; } @end 复制代码
调用MyOperation中的方法:
- (void)testMyOperation { _queue = [[NSOperationQueue alloc] init]; _queue.maxConcurrentOperationCount = 3; MyOperation *temp = nil; for (NSInteger i=0; i<500; i++) { MyOperation *operation = [MyOperation downloadDataWithUrlString:@"https://www.so.com" finishedBlock:^(NSData * _Nonnull data) { NSLog(@"--- %d finished---", (int)i); }]; if (temp) { [operation addDependency:temp]; } temp = operation; [_queue addOperation:operation]; } } 复制代码
说明:
- 在运行上面的代码时,我们发现同时重写start和main方法时,start方法优先执行,main方法不会被执行;如果只重写main方法,则main方法会被执行。
- 因为isFinished是readonly属性,因此我们通过自定义变量taskFinished来重写isFinished的set、get方法,实现方式详见代码。
- 如果只重写start方法,并且其中没有self.taskFinished = YES时,且在testMyOperation设置如下: 可以看到log只能能打出来执行了5次(正好是maxConcurrentOperationCount的值),之后便卡死不动。如果不设置maxConcurrentOperationCount或将maxConcurrentOperationCount设置的足够大,则可正常执行至结束。如果打开start方法中的self.taskFinished = YES,则也可正常执行至结束。可见start方法中的任务执行结束后,系统并没有将线程的isFinished置为YES,导致之后的任务无法对其重用。
- 如果只重写main方法,并且其中没有self.taskFinished = YES时,testMyOperation方法都是可以正常执行的,也就是说main执行结束时系统将线程的isFinished置为YES了,其余任务可对其重用。
- 比较start与main方法,两个方法的执行过程都是并行的;start方法更容易通过KVO监听到任务的执行状态,但是需要手动设置一些状态;main自动化程度更高。
- 使用NSOperationQueue时,我们打印代码执行,过程中的线程,发现线程池中线程的最大个数在66个左右。
以上验证过程,得到了昆哥的指教,非常感谢!
四、NSOperation中的依赖
用NSThread来实现多线程时,线程间的执行顺序很难控制,但是使用NSOperation时可以通过设置操作的依赖关系来控制执行顺序。假设操作A依赖于操作B,线程操作队列在启动线程时就会首先执行B操作,然后执行A。例如在第三节testMyOperation方法中,我们从第二个任务一次设置了关系:
MyOperation *temp = nil; for (NSInteger i=0; i<500; i++) { MyOperation *operation = [MyOperation downloadDataWithUrlString:@"https://www.so.com" finishedBlock:^(NSData * _Nonnull data) { NSLog(@"--- %d finished---", (int)i); }]; if (temp) { [operation addDependency:temp]; } temp = operation; [_queue addOperation:operation]; } 复制代码
PS:
- NSOperationQueue的maxConcurrentOperationCount一般设置在5个以内,数量过多可能会有性能问题。maxConcurrentOperationCount为1时,队列中的任务串行执行,maxConcurrentOperationCount大于1时,队列中的任务并发执行;
- 不同的NSOperation实例之间可以设置依赖关系,不同queue的NSOperation之间也可以创建依赖关系 ,但是要注意不要“循环依赖”;
- NSOperation实例之间设置依赖关系应该在加入队列之前;
- 在没有使用 NSOperationQueue时,在主线程中单独使用 NSBlockOperation 执行(start)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,在其他线程中也一样;
- NSOperationQueue可以直接获取mainQueue,更新界面UI应该在mainQueue中进行;
- 区别自定义封装NSOperation时,重写main或start方法的不同;
- 自定义封装NSOperation时需要我们完全重载start,在start方法里面,我们还要查看isCanceled属性,确保start一个operation前,task是没有被取消的。如果我们自定义了dependency,我们还需要发送isReady的KVO通知。
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