iOS多线程编程Part 2/3 - NSOperation - Navy.zy

多线程编程Part 1介绍了NSThread以及NSRunLoop，这篇Blog介绍另一种并发编程技术：NSOPeration。

NSOperation & NSOperationQueue

从头文件NSOperation.h来看接口是非常的简洁，NSOperation本身是一个抽象类，定义了一个要执行的工作，NSOperationQueue是一个工作队列，当工作加入到队列后，NSOperationQueue会自动按照优先顺序及工作的从属依赖关系(如果有的话)组织执行。

NSOperation是没法直接使用的，它只是提供了一个工作的基本逻辑，具体实现还是需要你通过定义自己的NSOperation子类来获得。如果有必要也可以不将NSOperation加入到一个NSOperationQueue中去执行，直接调用起-start也可以直接执行。

在继承NSOpertaion后，对于非并发的工作，只需要实现NSOperation子类的main方法：

-(void)main 
{
   @try 
   {
      // 处理工作任务
   }
   @catch(...) 
   {
      // 处理异常，但是不能再重新抛出异常
   }
}

由于NSOperation的工作是可以取消Cancel的，那么你在main方法处理工作时就需要不断轮询[self isCancelled]确认当前的工作是否被取消了。

如果要支持并发工作，那么NSOperation子类需要至少override这四个方法:

start
isConcurrent
isExecuting
isFinished

实现了一个基于Operation的下载器，在Sample Code中可以下载。

- (void)operationDidStart
{
    [self.lock lock];
    NSMutableURLRequest* request = [[NSMutableURLRequest alloc] initWithURL:self.URL
                                                                cachePolicy:NSURLRequestReloadIgnoringCacheData
                                                            timeoutInterval:self.timeoutInterval];
    [request setHTTPMethod: @"GET"];
    self.connection =[[NSURLConnection alloc] initWithRequest:request
                                                     delegate:self
                                             startImmediately:NO];
    [self.connection scheduleInRunLoop:[NSRunLoop currentRunLoop] forMode:NSRunLoopCommonModes];
    [self.connection start];
    [self.lock unlock];
}
- (void)operationDidFinish
{
    [self.lock lock];
    [self willChangeValueForKey:@"isFinished"];
    [self willChangeValueForKey:@"isExecuting"];
    self.executing = NO;
    self.finished = YES;
    [self didChangeValueForKey:@"isExecuting"];
    [self didChangeValueForKey:@"isFinished"];
    [self.lock unlock];
}
- (void)start
{
    [self.lock lock];
    if ([self isCancelled])
    {
        [self willChangeValueForKey:@"isFinished"];
        self.finished = YES;
        [self didChangeValueForKey:@"isFinished"];
        return;
    }
    [self willChangeValueForKey:@"isExecuting"];
    [self performSelector:@selector(operationDidStart) onThread:[[self class] networkThread] withObject:nil waitUntilDone:NO];
    self.executing = YES;
    [self didChangeValueForKey:@"isExecuting"];
    [self.lock unlock];
}
- (void)cancel
{
    [self.lock lock];
    [super cancel];
    if (self.connection)
    {
        [self.connection cancel];
        self.connection = nil;
    }
    [self.lock unlock];
}
- (BOOL)isConcurrent {
    return YES;
}
- (BOOL)isExecuting {
    return self.executing;
}
- (BOOL)isFinished {
    return self.finished;
}

start方法是工作的入口，通常是你用来设置线程或者其他执行工作任务需要的运行环境的，注意不要调用[super start]；isConcurrent是标识这个Operation是否是并发执行的，这里曾经是个坑，如果你没有实现isConcurrent，默认是返回NO，那么你的NSOperation就不是并发执行而是串行执行的，不过在iOS5.0和OS X10.6之后，已经会默认忽略这个返回值，最终和Queue的maxConcurrentOperationCount最大并发操作值相关；isExecuting和isFinished是用来报告当前的工作执行状态情况的，注意必须是线程访问安全的。

注意你的实现要发出合适的KVO通知，因为如果你的NSOperation实现需要用到工作依赖从属特性，而你的实现里没有发出合适的“isFinished”KVO通知，依赖你的NSOperation就无法正常执行。NSOperation支持KVO的属性有：

isCancelled
isConcurrent
isExecuting
isFinished
isReady
dependencies
queuePriority
completionBlock

当然也不是说所有的KVO通知都需要自己去实现，例如通常你用不到addObserver到你工作的“isCancelled”属性，你只需要直接调用cancel方法就可以取消这个工作任务。

实现NSOperation子类后，可以直接调用start或者添加到一个NSOperationQueue里：

NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];
[queue addOperation:downloader];

NSOperation和NSOperationQueue其他特性

工作是有优先级的，可以通过NSOperation的一下两个接口读取或者设置：

- (NSOperationQueuePriority)queuePriority;
- (void)setQueuePriority:(NSOperationQueuePriority)p;

工作之间也可有从属依赖关系，只有依赖的工作完成后才会执行：

- (void)addDependency:(NSOperation *)op;
- (void)removeDependency:(NSOperation *)op;

还可以通过下面接口设置运行NSOpration的子线程优先级：

- (void)setQueuePriority:(NSOperationQueuePriority)priority;

如果要设置Queue的并发操作数：

- (void)setMaxConcurrentOperationCount:(NSInteger)cnt;

iOS4之后还可以往NSOperation上添加一个结束block，用于在工作执行结束之后的操作：

- (void)setCompletionBlock:(void (^)(void))block;

如果需要阻塞等待NSOperation工作结束(别在主线程这么干)，可以使用接口：

- (void)waitUntilFinished;

NSOperationQueue除了添加NSOperation外，也支持直接添加一个Block(iOS4之后)：

- (void)addOperationWithBlock:(void (^)(void))block

NSOperationQueue可以取消所有添加的工作：

- (void)cancelAllOperations;

也可以阻塞式的等待所有工作结束(别在主线程这么干)：

- (void)waitUntilAllOperationsAreFinished;

在NSOperation对象中获得被添加的NSOperationQueue队列：

+ (id)currentQueue

要获得一个绑定在主线程的NSOperationQueue队列：

+ (id)mainQueue

还有些接口参考头文件NSOperation.h和NSOperation Class Reference，Apple的Class Reference文档描述还是很清晰的。

NSInvocationOperation & NSBlockOperation

其实除非必要，简单的工作完全可以使用官方提供的NSOperation两个子类NSInvocationOperation和NSBlockOperation来实现。

NSInvocationOperation：

NSInvocationOperation* theOp = [[NSInvocationOperation alloc] 
                       initWithTarget:self                 
                           selector:@selector(myTaskMethod:)                                           
                               object:data];

NSBlockOperation:

NSBlockOperation* theOp = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock: ^{
      NSLog(@"Beginning operation.\n");
      // Do some work.
   }];

接口非常简单，一看便会。

Sample Code

本文例子放在Github上（工程NSURLConnectionExample中的PTOperationDownloader）。

参考资料

Concurrency Programming Guide

NSOperation Class Reference

本文目录

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前言

1.上一讲简单介绍了NSThread的使用，虽然也可以实现多线程编程，但是需要我们去管理线程的生命周期，还要考虑线程同步、加锁问题，造成一些性能上的开销。我们也可以配合使用NSOperation和NSOperationQueue实现多线程编程，实现步骤大致是这样的：

1> 先将需要执行的操作封装到一个NSOperation对象中

2> 然后将NSOperation对象添加到NSOperationQueue中

3> 系统会自动将NSOperation中封装的操作放到一条新线程中执行

在此过程中，我们根本不用考虑线程的生命周期、同步、加锁等问题

下面列举一个应用场景，比如微博的粉丝列表：

每一行的头像肯定要从新浪服务器下载图片后才能显示的，而且是需要异步下载。这时候你就可以把每一行的图片下载操作封装到一个NSOperation对象中，上面有6行，所以要创建6个NSOperation对象，然后添加到NSOperationQueue中，分别下载不同的图片，下载完毕后，回到对应的行将图片显示出来。

2.默认情况下，NSOperation并不具备封装操作的能力，必须使用它的子类，使用NSOperation子类的方式有3种：

1> NSInvocationOperation

2> NSBlockOperation

3> 自定义子类继承NSOperation，实现内部相应的方法

这讲先介绍如何用NSOperation封装一个操作，后面再结合NSOperationQueue来使用。

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一、NSInvocationOperation

1 NSInvocationOperation *operation = [[[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector:@selector(run:) object:@"mj"] autorelease];
2 [operation start];

* 第1行初始化了一个NSInvocationOperation对象，它是基于一个对象和selector来创建操作

* 第2行调用了start方法，紧接着会马上执行封装好的操作，也就是会调用self的run:方法，并且将@"mj"作为方法参数

* 这里要注意：默认情况下，调用了start方法后并不会开一条新线程去执行操作，而是在当前线程同步执行操作。只有将operation放到一个NSOperationQueue中，才会异步执行操作。

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二、NSBlockOperation

1.同步执行一个操作

1 NSBlockOperation *operation = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^(){
2         NSLog(@"执行了一个新的操作");
3 }];
4  // 开始执行任务
5 [operation start];

* 第1行初始化了一个NSBlockOperation对象，它是用一个Block来封装需要执行的操作

* 第2行调用了start方法，紧接着会马上执行Block中的内容

* 这里还是在当前线程同步执行操作，并没有异步执行

2.并发执行多个操作

 1 NSBlockOperation *operation = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^(){
 2 　　NSLog(@"执行第1次操作，线程：%@", [NSThread currentThread]);
 3 }];
 4 
 5 [operation addExecutionBlock:^() {
 6 　　NSLog(@"又执行了1个新的操作，线程：%@", [NSThread currentThread]);
 7 }];
 8 
 9 [operation addExecutionBlock:^() {
10 　　NSLog(@"又执行了1个新的操作，线程：%@", [NSThread currentThread]);
11 }];
12 
13 [operation addExecutionBlock:^() {
14 　　NSLog(@"又执行了1个新的操作，线程：%@", [NSThread currentThread]);
15 }];
16 
17 // 开始执行任务
18 [operation start];

* 第1行初始化了一个NSBlockOperation对象

* 分别在第5、9、13行通过addExecutionBlock:方法添加了新的操作，包括第1行的操作，一共封装了4个操作

* 在第18行调用start方法后，就会并发地执行这4个操作，也就是会在不同线程中执行

1 2013-02-02 21:38:46.102 thread[4602:c07] 又执行了1个新的操作，线程：<NSThread: 0x7121d50>{name = (null), num = 1}
2 2013-02-02 21:38:46.102 thread[4602:3f03] 又执行了1个新的操作，线程：<NSThread: 0x742e1d0>{name = (null), num = 5}
3 2013-02-02 21:38:46.102 thread[4602:1b03] 执行第1次操作，线程：<NSThread: 0x742de50>{name = (null), num = 3}
4 2013-02-02 21:38:46.102 thread[4602:1303] 又执行了1个新的操作，线程：<NSThread: 0x7157bf0>{name = (null), num = 4}

可以看出，每个操作所在线程的num值都不一样，说明是不同线程

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三、NSOperation的其他用法

1.取消操作

operation开始执行之后, 默认会一直执行操作直到完成，我们也可以调用cancel方法中途取消操作

[operation cancel];

2.在操作完成后做一些事情

如果想在一个NSOperation执行完毕后做一些事情，就调用NSOperation的setCompletionBlock方法来设置想做的事情

operation.completionBlock = ^() {
    NSLog(@"执行完毕");
};

当operation封装的操作执行完毕后，就会回调Block里面的内容

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四、自定义NSOperation

如果NSInvocationOperation和NSBlockOperation不能满足需求，我们可以直接新建子类继承NSOperation，并添加任何需要执行的操作。如果只是简单地自定义NSOperation，只需要重载-(void)main这个方法，在这个方法里面添加需要执行的操作。

下面写个子类DownloadOperation来下载图片

1.继承NSOperation，重写main方法

DownloadOperation.h

#import <Foundation/Foundation.h>
@protocol DownloadOperationDelegate;

@interface DownloadOperation : NSOperation
// 图片的url路径
@property (nonatomic, copy) NSString *imageUrl;
// 代理
@property (nonatomic, assign) id<DownloadOperationDelegate> delegate;

- (id)initWithUrl:(NSString *)url delegate:(id<DownloadOperationDelegate>)delegate;
@end

// 图片下载的协议
@protocol DownloadOperationDelegate <NSObject>
- (void)downloadFinishWithImage:(UIImage *)image;
@end

DownloadOperation.m

 1 #import "DownloadOperation.h"
 2 
 3 @implementation DownloadOperation
 4 @synthesize delegate = _delegate;
 5 @synthesize imageUrl = _imageUrl;
 6 
 7 // 初始化
 8 - (id)initWithUrl:(NSString *)url delegate:(id<DownloadOperationDelegate>)delegate {
 9     if (self = [super init]) {
10         self.imageUrl = url;
11         self.delegate = delegate;
12     }
13     return self;
14 }
15 // 释放内存
16 - (void)dealloc {
17     [super dealloc];
18     [_imageUrl release];
19 }
20 
21 // 执行主任务
22 - (void)main {
23     // 新建一个自动释放池，如果是异步执行操作，那么将无法访问到主线程的自动释放池
24     @autoreleasepool {
25         // ....
26     }
27 }
28 @end

* 在第22行重载了main方法，等会就把下载图片的代码写到这个方法中

* 如果这个DownloadOperation是在异步线程中执行操作，也就是说main方法在异步线程调用，那么将无法访问主线程的自动释放池，所以在第24行创建了一个属于当前线程的自动释放池

2.正确响应取消事件

* 默认情况下，一个NSOperation开始执行之后，会一直执行任务到结束，就比如上面的DownloadOperation，默认会执行完main方法中的所有代码。

* NSOperation提供了一个cancel方法，可以取消当前的操作。

* 如果是自定义NSOperation的话，需要手动处理这个取消事件。比如，一旦调用了cancel方法，应该马上终止main方法的执行，并及时回收一些资源。

* 处理取消事件的具体做法是：在main方法中定期地调用isCancelled方法检测操作是否已经被取消，也就是说是否调用了cancel方法，如果返回YES，表示已取消，则立即让main方法返回。

* 以下地方可能需要调用isCancelled方法:

在执行任何实际的工作之前，也就是在main方法的开头。因为取消可能发生在任何时候，甚至在operation执行之前。
执行了一段耗时的操作之后也需要检测操作是否已经被取消

 1 - (void)main {
 2     // 新建一个自动释放池，如果是异步执行操作，那么将无法访问到主线程的自动释放池
 3     @autoreleasepool {
 4         if (self.isCancelled) return;
 5         
 6         // 获取图片数据
 7         NSURL *url = [NSURL URLWithString:self.imageUrl];
 8         NSData *imageData = [NSData dataWithContentsOfURL:url];
 9         
10         if (self.isCancelled) {
11             url = nil;
12             imageData = nil;
13             return;
14         }
15         
16         // 初始化图片
17         UIImage *image = [UIImage imageWithData:imageData];
18         
19         if (self.isCancelled) {
20             image = nil;
21             return;
22         }
23         
24         if ([self.delegate respondsToSelector:@selector(downloadFinishWithImage:)]) {
25             // 把图片数据传回到主线程
26             [(NSObject *)self.delegate performSelectorOnMainThread:@selector(downloadFinishWithImage:) withObject:image waitUntilDone:NO];
27         }
28     }
29 }

* 在第4行main方法的开头就先判断operation有没有被取消。如果被取消了，那就没有必要往下执行了

* 经过第8行下载图片后，在第10行也需要判断操作有没有被取消

* 总之，执行了一段比较耗时的操作之后，都需要判断操作有没有被取消

* 图片下载完毕后，在第26行将图片数据传递给了代理(delegate)对象

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