iOS多线程-NSOperation简介 NSOperation、NSOperationQueue 是苹果提供的一套多线

简介

NSOperation、NSOperationQueue 是苹果提供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。但比 GCD 更简单易用、代码可读性更高。

好处：可添加完成的代码块complete，在操作完成后执行。添加操作之间的依赖关系，方便控制执行顺序。设定操作执行的优先级。可以取消一个操作的执行。使用 KVO 观察执行状态：isExecuteing、isFinished、isCancelled。

在 NSOperation、NSOperationQueue 中也有类似的“任务”和“队列”的概念。

1.NSOperation

任务，或操作。即，你在线程中执行的那段代码。NSOperation是一个抽象类，要使用其子类 NSInvocationOperation、NSBlockOperation，或者自定义子类来封装任务。

2.NSOperationQueue

指用来存放操作的队列。

队列类型主队列、自定义队列。主队列运行在主线程之上，而自定义队列在后台执行。
任务状态和顺序不同于 GCD 中的队列 FIFO（先进先出）的原则。对于添加到NSOperationQueue 中的任务，首先进入准备就绪的状态（就绪状态取决于任务之间的依赖关系），然后进入就绪状态的任务的开始执行顺序（而非执行完成的顺序）由任务之间相对的优先级决定。
并发和串行任务队列通过设置最大并发操作数maxConcurrentOperationCount来控制并发、串行。

3. NSOperation实现多线程

默认情况下，NSOperation 单独使用时，系统同步执行操作。只有配合 NSOperationQueue 才能更好地实现异步执行。

使用步骤分为3步创建任务：先将需要执行的任务，封装到一个 NSOperation 对象中。创建队列：即NSOperationQueue 对象。将任务加入到队列中：将NSOperation对象添加到 NSOperationQueue 对象中。

系统就会自动将NSOperationQueue中的 NSOperation 取出来，在新线程中执行操作。

3.1创建NSOperation任务

NSOperation 是个抽象类，不能直接用来封装任务。要使用它的子类来封装任务：NSInvocationOperation、NSBlockOperation 以及自定义的子类。

NSInvocationOperation *op = [[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector:@selector(task1) object:nil];
[op start];   // 开始执行

NSBlockOperation *op = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        //  do some thing...
}]; 
[op start];

此外，可以为任务对象添加额外任务。

NSBlockOperation *op = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
    // do something...
}];

// 添加额外的操作
[op addExecutionBlock:^{
    // do otherthing...
}];

在没有使用 NSOperationQueue、在主线程中单独使用 NSOperation的子类对象执行一个任务的情况下，任务是在当前线程执行的，并没有开启新线程。

使用子类 NSBlockOperation，并调用方法 addExecutionBlock: 的情况下，如果添加的操作的个数多，就会自动开启新线程。

2.创建NSOperationQueue队列

有两种：主队列、自定义队列。

主队列

NSOperationQueue *queue = [NSOperationQueue mainQueue];

凡是添加到主队列中的操作，都会放到主线程中执行。

自定义队列添加到这种队列中的操作，就会自动放到子线程中执行；同时包含串行、并发功能。

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

queue. maxConcurrentOperationCount = 3;

可设置属性maxConcurrentOperationCount最大并发操作数，决定串行、并发。

属性maxConcurrentOperationCount = 1; // 串行队列，任务只能按顺序串行执行的 = 2; // 并发队列，>2时，任务是并发执行的，可同时执行多个操作 = 8; // 并发队列当然这个值不应超过系统限制，即使设置了一个很大的值，系统也会自动调整为 min。

3.将操作加入到队列中

方法addOperation:

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

    NSInvocationOperation *op1 = [[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector:@selector(task1) object:nil];
 
    NSBlockOperation *op3 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        //.....
    }];
    [op3 addExecutionBlock:^{
        //.....
    }];

    [queue addOperation:op1];  
    [queue addOperation:op3];

方法addOperationWithBlock:

    NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];
    // 添加操作到队列中
    [queue addOperationWithBlock:^{
        //.....
    }];

操作和操作队列、使用步骤和基本使用方法、控制串行/并发执行、

把任务添加到队列中，相当于调用了任务的start方法

NSOperation 依赖

通过依赖，可以很方便的控制任务之间的执行先后顺序。

addDependency:(NSOperation *)op; 添加依赖 removeDependency:(NSOperation *)op; 移除依赖 NSArray<NSOperation *> *dependencies; 在当前任务开始执行之前，已完成任务对象的数组

    NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];
 
    NSBlockOperation *op1 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        //.....
    }];
    NSBlockOperation *op2 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        //.....
    }];

    // 添加依赖
    [op2 addDependency:op1]; //让op2 依赖于 op1。表示先执行op1

    [queue addOperation:op1];
    [queue addOperation:op2];

准备就绪状态当一个任务的所有依赖都已经完成时，任务对象通常会进入准备就绪状态，等待执行。

###NSOperation 优先级 NSOperation 提供了优先级属性queuePriority 。默认情况下，所有新创建的操作对象优先级都是NSOperationQueuePriorityNormal。但可以通过setQueuePriority:方法来改变在同一队列中的任务的优先级。

queuePriority属性适用于同一队列中的任务，不同队列的任务不适用。优先级的取值： NSOperationQueuePriorityVeryLow = -8L, NSOperationQueuePriorityLow = -4L, NSOperationQueuePriorityNormal = 0,（默认） NSOperationQueuePriorityHigh = 4, NSOperationQueuePriorityVeryHigh = 8

优先级与依赖

优先级属性queuePriority 决定了进入准备就绪状态下的任务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任务，又包含低优先级任务，并且两个任务都已经准备就绪，那么队列先执行高优先级任务。
优先级不能取代依赖关系。如果，一个队列中既包含了准备就绪状态的任务A，又包含了未准备就绪的任务B，B的优先级比A高。那么，会优先执行B。如果要控制操作间的启动顺序，则必须使用依赖关系。

线程间的通信

处理完子行程的任务，返回主行程处理

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

        [[NSOperationQueue mainQueue] addOperationWithBlock:^{
            // 回到主线程,  进行一些 UI 刷新等操作
        }];
    }];

取消线程

正在执行的操作，无法取消。只能取消未执行的操作。

1.可通过 cancel 方法，取消未执行的单个操作。

NSOperationQueue *queue1 = [[NSOperationQueue alloc]init];
NSBlockOperation *block1 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
    NSLog(@"block11");
}];
NSBlockOperation *block2 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
    NSLog(@"block22");
}];
NSBlockOperation *block3 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
    NSLog(@"block33");
}];
[block3 cancel];

[queue1 addOperations:@[block1,block2,block3] waitUntilFinished:YES];

cancelAllOperations方法，但无法移除正在执行的操作。

// 移除队列里面所有的操作
[queue1 cancelAllOperations];

3.挂起队列，使队列任务不再执行，但正在执行的操作无法挂起。

queue1.suspended = YES;

要实现取消正在执行的操作，可以自定义NSOperation，其实就是拦截main方法。 main方法： 1.任何操作在执行时，首先会调用start方法，它会更新操作的状态过滤操作（如过滤掉处于“取消”状态的操作） 2.经start方法过滤后，只有正常可执行的操作，就会调用main方法。 3.重写操作的入口方法(main)，就可以在这个方法里面指定操作执行的任务。 4.main方法默认是在子线程异步执行的。

线程同步和线程安全

线程安全有多个线程可能会同时运行一段代码。如果每次运行结果和单线程运行的结果一样，且其他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（无写操作），一般这个变量是线程安全的。若有多个线程同时执行写操作（更改变量的值），就需要考虑线程同步，否则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。例子：火车票售卖

线程安全解决方案：加锁

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： dispatch_semaphore：建议使用，性能较好 NSLock @synchronized：性能最差 os_unfair_lock ：iOS10开始 NSCondition NSConditionLock pthread_mute OSSpinLock：iOS10 废弃 atomic(property) set/get ：原子操作

思想：执行写操作前，上锁，写操作完，解锁。

自旋锁: 会忙等。所谓忙等，即在访问被锁资源时，调用者线程不会休眠，而是不停循环在那里，直到被锁资源释放锁。适用的情况预计线程等待锁的时间很短加锁的代码（临界区）经常被调用，但竞争情况很少发生 CPU资源不紧张、多核处理器

互斥锁: 会休眠。所谓休眠，即在访问被锁资源时，调用者线程会休眠，此时cpu可以调度其他线程工作。直到被锁资源释放锁。此时会唤醒休眠线程。适用的情况预计线程等待锁的时间较长临界区竞争非常激烈临界区有IO操作临界区代码复杂或者循环量大单核处理器

死锁：通常是指2个操作相互等待对方完成，造成死循环，于是2个操作都无法进行，就产生了死锁。

常用属性和方法归纳

NSOperation 和GCD的对比

NSOperation 是对线程的高度抽象，在项目中使用它，会使项目的程序结构更好。子类化 NSOperation 的设计思路，是具有面向对象的优点(复用、封装)，使得实现是多线程支持，而接口简单。建议在复杂项目中使用。
GCD 本身非常简单、易用，对于不复杂的多线程操作，会节省代码量，而 Block 参数的使用，会是代码更为易读。建议在简单项目中使用。
NSOperation的优点

1.NSOperationQueue可以轻松在Operation间设置依赖关系，而GCD 需要写很多代码才能实现。 2. NSOperation可以很方便地调整执⾏顺序、设置最⼤并发数。 3.NSOperationQueue⽀支持KVO，可以监测operation的状态：是否正在执行 (isExecuted)、是否结束(isFinished)，是否取消(isCanceld) 4.GCD只⽀支持FIFO的队列列