NSOperationQueue 控制串行执行、并发执行
NSOperationQueue 创建的自定义队列同时具有串行、并发功能
这里有个关键属性 maxConcurrentOperationCount
,叫做最大并发操作数。用来控制一个特定队列中可以有多少个操作同时参与并发执行。
maxConcurrentOperationCount
maxConcurrentOperationCount
默认情况下为-1,表示不进行限制,可进行并发执行。maxConcurrentOperationCount
为1时,队列为串行队列。只能串行执行。maxConcurrentOperationCount
大于1时,队列为并发队列。操作并发执行,当然这个值不应超过系统限制,即使自己设置一个很大的值,系统也会自动调整为 min{自己设定的值,系统设定的默认最大值}。
//设置 MaxConcurrentOperationCount(最大并发操作数)
- (void)setMaxConcurrentOperationCount { // 1.创建队列
NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init]; // 2.设置最大并发操作数
queue.maxConcurrentOperationCount = ; // 串行队列
// queue.maxConcurrentOperationCount = 2; // 并发队列
// queue.maxConcurrentOperationCount = 8; // 并发队列 // 3.添加操作
[queue addOperationWithBlock:^{
for (int i = ; i < ; i++) {
[NSThread sleepForTimeInterval:]; // 模拟耗时操作
NSLog(@"1---%@", [NSThread currentThread]); // 打印当前线程
}
}];
[queue addOperationWithBlock:^{
for (int i = ; i < ; i++) {
[NSThread sleepForTimeInterval:]; // 模拟耗时操作
NSLog(@"2---%@", [NSThread currentThread]); // 打印当前线程
}
}];
[queue addOperationWithBlock:^{
for (int i = ; i < ; i++) {
[NSThread sleepForTimeInterval:]; // 模拟耗时操作
NSLog(@"3---%@", [NSThread currentThread]); // 打印当前线程
}
}];
[queue addOperationWithBlock:^{
for (int i = ; i < ; i++) {
[NSThread sleepForTimeInterval:]; // 模拟耗时操作
NSLog(@"4---%@", [NSThread currentThread]); // 打印当前线程
}
}];
}
打印结果:
<-------------------------NSOperationAndQueue 线程结束-------------------------->
-- ::45.902770+ StruggleSwift[:] ---<NSThread: 0x60c000076e40>{number = , name = (null)}
-- ::49.192405+ StruggleSwift[:] ---<NSThread: 0x60c000076e40>{number = , name = (null)}
-- ::54.864788+ StruggleSwift[:] ---<NSThread: 0x60000007f200>{number = , name = (null)}
-- ::56.866890+ StruggleSwift[:] ---<NSThread: 0x60000007f200>{number = , name = (null)}
-- ::58.869083+ StruggleSwift[:] ---<NSThread: 0x60000007f200>{number = , name = (null)}
-- ::00.874565+ StruggleSwift[:] ---<NSThread: 0x60000007f200>{number = , name = (null)}
-- ::02.875308+ StruggleSwift[:] ---<NSThread: 0x60c000076e40>{number = , name = (null)}
-- ::04.877348+ StruggleSwift[:] ---<NSThread: 0x60c000076e40>{number = , name = (null)}
结论:当最大并发操作数为1时,操作是按顺序串行执行的,并且一个操作完成之后,下一个操作才开始执行。当最大操作并发数为2时,操作是并发执行的,可以同时执行两个操作。而开启线程数量是由系统决定的,不需要我们来管理。
NSOperation 操作依赖
NSOperation、NSOperationQueue 最吸引人的地方是它能添加操作之间的依赖关系。通过操作依赖,我们可以很方便的控制操作之间的执行先后顺序。NSOperation 提供了3个接口供我们管理和查看依赖。
- (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。 @property (readonly, copy) NSArray<NSOperation *> *dependencies; 在当前操作开始执行之前完成执行的所有操作对象数组。
当然,我们经常用到的还是添加依赖操作。现在考虑这样的需求,比如说有 A、B 两个操作,其中 A 执行完操作,B 才能执行操作。
如果使用依赖来处理的话,那么就需要让操作 B 依赖于操作 A。具体代码如下:
/操作依赖
//使用方法:addDependency:
- (void)addDependency { // 1.创建队列
NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init]; // 2.创建操作
NSBlockOperation *op1 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
for (int i = ; i < ; i++) {
[NSThread sleepForTimeInterval:]; // 模拟耗时操作
NSLog(@"1---%@", [NSThread currentThread]); // 打印当前线程
}
}];
NSBlockOperation *op2 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
for (int i = ; i < ; i++) {
[NSThread sleepForTimeInterval:]; // 模拟耗时操作
NSLog(@"2---%@", [NSThread currentThread]); // 打印当前线程
}
}]; // 3.添加依赖
[op2 addDependency:op1]; // 让op2 依赖于 op1,则先执行op1,在执行op2 // 4.添加操作到队列中
[queue addOperation:op1];
[queue addOperation:op2];
}
打印结果:
<-------------------------NSOperationAndQueue 线程结束-------------------------->
-- ::21.656997+ StruggleSwift[:] ---<NSThread: 0x60c0000777c0>{number = , name = (null)}
-- ::24.756931+ StruggleSwift[:] ---<NSThread: 0x60c0000777c0>{number = , name = (null)}
-- ::30.036394+ StruggleSwift[:] ---<NSThread: 0x60800007a9c0>{number = , name = (null)}
-- ::33.012677+ StruggleSwift[:] ---<NSThread: 0x60800007a9c0>{number = , name = (null)}
NSOperation 优先级
queuePriority
(优先级)属性,queuePriority
属性适用于同一操作队列中的操作,不适用于不同操作队列中的操作。默认情况下,所有新创建的操作对象优先级都是NSOperationQueuePriorityNormal
。但是我们可以通过setQueuePriority:
方法来改变当前操作在同一队列中的执行优先级。// 优先级的取值
typedef NS_ENUM(NSInteger, NSOperationQueuePriority) {
NSOperationQueuePriorityVeryLow = -8L,
NSOperationQueuePriorityLow = -4L,
NSOperationQueuePriorityNormal = ,
NSOperationQueuePriorityHigh = ,
NSOperationQueuePriorityVeryHigh =
};
上边我们说过:对于添加到队列中的操作,首先进入准备就绪的状态(就绪状态取决于操作之间的依赖关系),然后进入就绪状态的操作的开始执行顺序(非结束执行顺序)由操作之间相对的优先级决定(优先级是操作对象自身的属性)。
那么,什么样的操作才是进入就绪状态的操作呢?
当一个操作的所有依赖都已经完成时,操作对象通常会进入准备就绪状态,等待执行。
举个例子,现在有4个优先级都是 NSOperationQueuePriorityNormal
(默认级别)的操作:op1,op2,op3,op4。其中 op3 依赖于 op2,op2 依赖于 op1,即 op3 -> op2 -> op1。现在将这4个操作添加到队列中并发执行。
因为 op1 和 op4 都没有需要依赖的操作,所以在 op1,op4 执行之前,就是处于准备就绪状态的操作。而 op3 和 op2 都有依赖的操作(op3 依赖于 op2,op2 依赖于 op1),所以 op3 和 op2 都不是准备就绪状态下的操作。
理解了进入就绪状态的操作,那么我们就理解了queuePriority
属性的作用对象。
a.
queuePriority
属性决定了进入准备就绪状态下的操作之间的开始执行顺序。并且,优先级不能取代依赖关系。
b. 如果一个队列中既包含高优先级操作,又包含低优先级操作,并且两个操作都已经准备就绪,那么队列先执行高优先级操作。比如上例中,如果 op1 和 op4 是不同优先级的操作,那么就会先执行优先级高的操作。
如果,一个队列中既包含了准备就绪状态的操作,又包含了未准备就绪的操作,未准备就绪的操作优先级比准备就绪的操作优先级高。那么,虽然准备就绪的操作优先级低,也会优先执行。优先级不能取代依赖关系。如果要控制操作间的启动顺序,则必须使用依赖关系。
NSOperation、NSOperationQueue 线程间的通信
在 iOS 开发过程中,我们一般在主线程里边进行 UI 刷新,例如:点击、滚动、拖拽等事件。我们通常把一些耗时的操作放在其他线程,比如说图片下载、文件上传等耗时操作。而当我们有时候在其他线程完成了耗时操作时,需要回到主线程,那么就用到了线程之间的通讯。
#pragma mark - 线程间通信
- (void)communication { // 1.创建队列
NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc]init]; // 2.添加操作
[queue addOperationWithBlock:^{
// 异步进行耗时操作
for (int i = ; i < ; i++) {
[NSThread sleepForTimeInterval:]; // 模拟耗时操作
NSLog(@"1---%@", [NSThread currentThread]); // 打印当前线程
} // 回到主线程
[[NSOperationQueue mainQueue] addOperationWithBlock:^{
// 进行一些 UI 刷新等操作
for (int i = ; i < ; i++) {
[NSThread sleepForTimeInterval:]; // 模拟耗时操作
NSLog(@"2---%@", [NSThread currentThread]); // 打印当前线程
}
}];
}];
}
打印结果:
<-------------------------NSOperationAndQueue 线程结束-------------------------->
-- ::11.278897+ StruggleSwift[:] ---<NSThread: 0x608000265d00>{number = , name = (null)}
-- ::17.168299+ StruggleSwift[:] ---<NSThread: 0x608000265d00>{number = , name = (null)}
-- ::28.123412+ StruggleSwift[:] ---<NSThread: 0x60400007bd40>{number = , name = main}
-- ::31.052426+ StruggleSwift[:] ---<NSThread: 0x60400007bd40>{number = , name = main}
结论:通过线程间的通信,先在其他线程中执行操作,等操作执行完了之后再回到主线程执行主线程的相应操作。
NSOperation、NSOperationQueue 线程同步和线程安全
线程安全:如果你的代码所在的进程中有多个线程在同时运行,而这些线程可能会同时运行这段代码。如果每次运行结果和单线程运行的结果是一样的,而且其他的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,而无写操作,一般来说,这个全局变量是线程安全的;若有多个线程同时执行写操作(更改变量),一般都需要考虑线程同步,否则的话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。
举个简单例子就是:两个人在一起聊天。两个人不能同时说话,避免听不清(操作冲突)。等一个人说完(一个线程结束操作),另一个再说(另一个线程再开始操作)。
下面,我们模拟火车票售卖的方式,实现 NSOperation 线程安全和解决线程同步问题。
场景:总共有50张火车票,有两个售卖火车票的窗口,一个是北京火车票售卖窗口,另一个是上海火车票售卖窗口。两个窗口同时售卖火车票,卖完为止。
NSOperation、NSOperationQueue 非线程安全
#pragma mark - NSOperation、NSOperationQueue 线程同步和线程安全
//非线程安全:不使用 NSLock
//初始化火车票数量、卖票窗口(非线程安全)、并开始卖票
- (void)initTicketStatusNotSave {
NSLog(@"currentThread---%@",[NSThread currentThread]); // 打印当前线程 self.ticketSurplusCount = ; // 1.创建 queue1,queue1 代表北京火车票售卖窗口
NSOperationQueue *queue1 = [[NSOperationQueue alloc] init];
queue1.maxConcurrentOperationCount = ; // 2.创建 queue2,queue2 代表上海火车票售卖窗口
NSOperationQueue *queue2 = [[NSOperationQueue alloc] init];
queue2.maxConcurrentOperationCount = ; // 3.创建卖票操作 op1
__weak typeof(self) weakSelf = self;
NSBlockOperation *op1 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
[weakSelf saleTicketNotSafe];
}]; // 4.创建卖票操作 op2
NSBlockOperation *op2 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
[weakSelf saleTicketNotSafe];
}]; // 5.添加操作,开始卖票
[queue1 addOperation:op1];
[queue2 addOperation:op2];
} /**
* 售卖火车票(非线程安全)
*/
- (void)saleTicketNotSafe {
while () { if (self.ticketSurplusCount > ) {
//如果还有票,继续售卖
self.ticketSurplusCount--;
NSLog(@"%@", [NSString stringWithFormat:@"剩余票数:%d 窗口:%@", self.ticketSurplusCount, [NSThread currentThread]]);
[NSThread sleepForTimeInterval:0.2];
} else {
NSLog(@"所有火车票均已售完");
break;
}
}
}
打印结果:
-- ::03.617873+ StruggleSwift[:] currentThread---<NSThread: 0x60800006b880>{number = , name = main}
<-------------------------NSOperationAndQueue 线程结束-------------------------->
-- ::19.360537+ StruggleSwift[:] 剩余票数: 窗口:<NSThread: 0x60c00007e740>{number = , name = (null)}
-- ::19.360562+ StruggleSwift[:] 剩余票数: 窗口:<NSThread: 0x604000260d80>{number = , name = (null)}
-- ::19.565970+ StruggleSwift[:] 剩余票数: 窗口:<NSThread: 0x604000260d80>{number = , name = (null)}
-- ::19.565970+ StruggleSwift[:] 剩余票数: 窗口:<NSThread: 0x60c00007e740>{number = , name = (null)}
-- ::19.767245+ StruggleSwift[:] 剩余票数: 窗口:<NSThread: 0x604000260d80>{number = , name = (null)}
-- ::19.767245+ StruggleSwift[:] 剩余票数: 窗口:<NSThread: 0x60c00007e740>{number = , name = (null)}
-- ::19.972287+ StruggleSwift[:] 剩余票数: 窗口:<NSThread: 0x604000260d80>{number = , name = (null)}
-- ::19.972537+ StruggleSwift[:] 剩余票数: 窗口:<NSThread: 0x60c00007e740>{number = , name = (null)}
-- ::20.175821+ StruggleSwift[:] 剩余票数: 窗口:<NSThread: 0x60c00007e740>{number = , name = (null)}
-- ::20.175823+ StruggleSwift[:] 剩余票数: 窗口:<NSThread: 0x604000260d80>{number = , name = (null)}
-- ::20.381388+ StruggleSwift[:] 剩余票数: 窗口:<NSThread: 0x604000260d80>{number = , name = (null)}
-- ::20.381398+ StruggleSwift[:] 剩余票数: 窗口:<NSThread: 0x60c00007e740>{number = , name = (null)}
-- ::20.587009+ StruggleSwift[:] 剩余票数: 窗口:<NSThread: 0x604000260d80>{number = , name = (null)}
-- ::20.587009+ StruggleSwift[:] 剩余票数: 窗口:<NSThread: 0x60c00007e740>{number = , name = (null)}
-- ::20.791763+ StruggleSwift[:] 所有火车票均已售完
-- ::20.791763+ StruggleSwift[:] 所有火车票均已售完
结论:在不考虑线程安全,不使用 NSLock 情况下,得到票数是错乱的,这样显然不符合我们的需求,所以我们需要考虑线程安全问题
NSOperation、NSOperationQueue 线程安全
线程安全解决方案: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。@synchronized、 NSLock、NSRecursiveLock、NSCondition、NSConditionLock、pthread_mutex、dispatch_semaphore、OSSpinLock、atomic(property) set/ge等等各种方式。这里我们使用 NSLock 对象来解决线程同步问题。NSLock 对象可以通过进入锁时调用 lock 方法,解锁时调用 unlock 方法来保证线程安全。
考虑线程安全的代码:
//线程安全
//初始化火车票数量、卖票窗口(线程安全)、并开始卖票
- (void)initTicketStatusSave {
NSLog(@"currentThread---%@",[NSThread currentThread]); // 打印当前线程 self.ticketSurplusCount = ; self.lock = [[NSLock alloc] init]; // 初始化 NSLock 对象 // 1.创建 queue1,queue1 代表北京火车票售卖窗口
NSOperationQueue *queue1 = [[NSOperationQueue alloc] init];
queue1.maxConcurrentOperationCount = ; // 2.创建 queue2,queue2 代表上海火车票售卖窗口
NSOperationQueue *queue2 = [[NSOperationQueue alloc] init];
queue2.maxConcurrentOperationCount = ; // 3.创建卖票操作 op1
__weak typeof(self) weakSelf = self;
NSBlockOperation *op1 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
[weakSelf saleTicketSafe];
}]; // 4.创建卖票操作 op2
NSBlockOperation *op2 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
[weakSelf saleTicketSafe];
}]; // 5.添加操作,开始卖票
[queue1 addOperation:op1];
[queue2 addOperation:op2];
} /**
* 售卖火车票(线程安全)
*/
- (void)saleTicketSafe {
while () { // 加锁
[self.lock lock]; if (self.ticketSurplusCount > ) {
//如果还有票,继续售卖
self.ticketSurplusCount--;
NSLog(@"%@", [NSString stringWithFormat:@"剩余票数:%d 窗口:%@", self.ticketSurplusCount, [NSThread currentThread]]);
[NSThread sleepForTimeInterval:0.2];
} // 解锁
[self.lock unlock]; if (self.ticketSurplusCount <= ) {
NSLog(@"所有火车票均已售完");
break;
}
}
}
打印结果:
-- ::16.070431+ StruggleSwift[:] currentThread---<NSThread: 0x60000006d880>{number = , name = main}
(lldb) po self.lock
<NSLock: 0x6040000b19a0>{name = nil} <-------------------------NSOperationAndQueue 线\\\213结束-------------------------->
-- ::44.761455+ StruggleSwift[:] 剩余票数: 窗口:<NSThread: 0x604000269940>{number = , name = (null)}
-- ::02.260390+ StruggleSwift[:] 剩余票数: 窗口:<NSThread: 0x60000046af00>{number = , name = (null)}
-- ::10.237070+ StruggleSwift[:] 剩余票数: 窗口:<NSThread: 0x604000269940>{number = , name = (null)}
-- ::10.442618+ StruggleSwift[:] 剩余票数: 窗口:<NSThread: 0x60000046af00>{number = , name = (null)}
-- ::10.645708+ StruggleSwift[:] 剩余票数: 窗口:<NSThread: 0x604000269940>{number = , name = (null)}
-- ::10.851185+ StruggleSwift[:] 剩余票数: 窗口:<NSThread: 0x60000046af00>{number = , name = (null)}
-- ::11.056340+ StruggleSwift[:] 剩余票数: 窗口:<NSThread: 0x604000269940>{number = , name = (null)}
-- ::11.259532+ StruggleSwift[:] 剩余票数: 窗口:<NSThread: 0x60000046af00>{number = , name = (null)}
-- ::11.463973+ StruggleSwift[:] 剩余票数: 窗口:<NSThread: 0x604000269940>{number = , name = (null)}
-- ::11.665998+ StruggleSwift[:] 剩余票数: 窗口:<NSThread: 0x60000046af00>{number = , name = (null)}
-- ::11.870597+ StruggleSwift[:] 所有火车票均已售完
-- ::11.870597+ StruggleSwift[:] 所有火车票均已售完
结论:考虑了线程安全,使用 NSLock 加锁、解锁机制的情况下,得到的票数是正确的,没有出现混乱的情况。我们也就解决了多个线程同步的问题。