iOS开发之多线程技术——NSOperation篇

本篇将从四个方面对iOS开发中使用到的NSOperation技术进行讲解：

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一、什么是NSOperation

二、我们为什么使用NSOperation

三、在实际开发中如何使用NSOperation

　　1、自定义NSOperation

　　2、NSOperation的基本使用

　　3、NSOperation实现线程间通信

　　　　1）利用代理进行消息传递

　　　　2)利用通知实现消息传递

　　　　3）利用block进行消息传递

四、与GCD比较

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一、什么是NSOperation

　　NSOperation是一个抽象的基类，表示一个独立的计算单元，可以为子类提供有用且线程安全的建立状态，优先级，依赖和取消等操作。系统已经给我们封装了NSBlockOperation和NSInvocationOperation这两个实体类。使用起来也非常简单，不过我们更多的使用是自己继承并定制自己的操作。

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二、我们为什么使用NSOperation

　　在iOS开发中，为了提升用户体验，我们通常会将操作耗时的操作放在主线程之外的线程进行处理。对于正常的简单操作，我们更多的是选择代码更少的GCD，让我们专注于自己的业务逻辑开发。NSOperation在ios4后也基于GCD实现，但是相对于GCD来说可控性更强，并且可以加入操作依赖。 

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三、在实际开发中如何使用NSOperation

1、自定义NSOperation

在实际开发中，系统提供的NSOperation可能无法满足我们的需求，这时，我们就需要自定义我们自己的NSOperation

@interface ViewController ()

@property (nonatomic, weak) IBOutlet UIImageView *imageView;

@end

@implementation ViewController

- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event {
    
    NSLog(@"touchesBegan------%@", [NSThread currentThread]);
    
    if (!self.imageView.image) {  // 避免重复下载，增强用户体验
        
        NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];
        [queue setMaxConcurrentOperationCount:6];
        
        MyOperation *myO = [[MyOperation alloc] init];
        myO.imageView = self.imageView;
        [queue addOperation:myO];
        
    }
    
    NSLog(@"end");
}

// 自定义NSOperation
@interface MyOperation : NSOperation

@property (nonatomic, strong) UIImageView *imageView;

@end

// 实现自定义NSOperation
@implementation MyOperation

- (void)main {
    
    NSLog(@"%s----%@", __func__, [NSThread currentThread]);
    
    UIImage *image = [self downLoadImage:@"http://g.hiphotos.baidu.com/image/pic/item/f31fbe096b63f624cd2991e98344ebf81b4ca3e0.jpg"];
    
    dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
        NSLog(@"%@======%@", image, [NSThread currentThread]);
        self.imageView.image = image;
    });
}

- (UIImage *)downLoadImage:(NSString *)urlString {
    NSLog(@"%s----%@",__func__, [NSThread currentThread]);
    
    NSURL *url = [NSURL URLWithString:urlString];
    NSData *data = [NSData dataWithContentsOfURL:url];
    UIImage *image = [UIImage imageWithData:data];
    
    NSLog(@"图片下载完成");
    
    return image;
}

@end

2、NSOperation的基本使用

#pragma mark
#pragma mark - NSOperation高级操作1
- (void)highLevelTest1 {
    /**
     NSOperation 相对于 GCD 来说，增加了以下管理线程的功能：
     1.NSOperation可以添加操作依赖：保证操作的执行顺序！ --> 和GCD中将任务添加到一个串行队列中是一样的！一个串行队列会对应一条线程
     GCD 中的按顺序执行(串行队列) ---> 串行执行
     添加操作依赖之后，系统有可能串行执行保证任务的执行顺序，还有可能绿色线程同步技术，保证任务执行顺序
     */
    
    NSInvocationOperation *inO = [[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector:@selector(test) object:nil];
    
    NSBlockOperation *block1 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        NSLog(@"block1======%@", [NSThread currentThread]);
    }];
    
    NSBlockOperation *block2 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        NSLog(@"block2======%@", [NSThread currentThread]);
    }];
    
    NSBlockOperation *block3 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        NSLog(@"block3======%@", [NSThread currentThread]);
    }];
    
    /**
     四个操作都是耗时操作，并且要求按顺序执行，操作2是UI操作
     添加操作依赖的注意点
     1.一定要在将操作添加到操作队列中之前添加操作依赖
     2.不要添加循环依赖
     优点：对于不同操作队列中的操作，操作依赖依然有效
     */
    
    // 1.一定要在将操作添加到操作队列中之前添加操作依赖
    [block2 addDependency:block1];
    [block3 addDependency:block2];
    [inO addDependency:block3];
    // 2.不要添加循环依赖
    [block1 addDependency:block3];
    
    [[[NSOperationQueue alloc] init] addOperation:block1];
    [[[NSOperationQueue alloc] init] addOperation:block2];
    [[[NSOperationQueue alloc] init] addOperation:block3];
    
    [[NSOperationQueue mainQueue] addOperation:inO];
}

- (void)test {
    NSLog(@"测试%s-----%@", __func__, [NSThread currentThread]);
}

#pragma mark
#pragma mark - NSOperation高级操作2
- (void)highLevelTest2 {
    /**
     NSOperation高级操作
     应用场景：提高用户体验第一，当用户操作时，取消一切跟用户当前操作无关的进程，提升流畅度
     1.添加操作依赖
     2.管理操作：重点！是操作队列的方法
     2.1暂停/恢复 取消 操作
     2.2开启合适的线程数量！（最多不超过6条）
     
     一般开发的时候，会将操作队列设置成一个全局的变量（属性）
     */
    
    NSBlockOperation *block1 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        NSLog(@"---------");
    }];
    
    NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];
    
    [queue addOperationWithBlock:^{
        [self test];
    }];
    
    [queue addOperation:block1];
    
    // 1.暂停操作  开始滚动的时候
    [queue setSuspended:YES];
    
    // 2.恢复操作  滑动结束的时候
    [queue setSuspended:NO];
    
    // 3.取消所有操作  接收到内存警告
    [queue cancelAllOperations];
    
    // 3.1补充：取消单个操作调用该NSOperation的cancel方法
    [block1 cancel];
    
    // 4.设置线程最大并发数，开启合适的线程数量 实例化操作队列的时候
    [queue setMaxConcurrentOperationCount:6];
    
    /**
     遇到并发编程，什么时候选择 GCD， 什么时候选择NSOperation
     1.简单的开启线程/回到主线程，选择GCD：效率更高，简单
     2.需要管理操作(考虑到用户交互！)使用NSOperation
     */
}

#pragma mark
#pragma mark - NSOperation简单操作
- (void)BaseTest {
    // 1.实例化操作对象
    NSBlockOperation *blockOperation1 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        NSLog(@"blockOperation1---------%@", [NSThread currentThread]);
    }];
    
    // 往当前操作中追加操作
    [blockOperation1 addExecutionBlock:^{
        NSLog(@"addblockOperation1.1-----%@", [NSThread currentThread]);
    }];
    
    [blockOperation1 addExecutionBlock:^{
        NSLog(@"addblockOperation1.2-----%@", [NSThread currentThread]);
    }];
    
    /**
     当 NSBlockOperation中的任务数 > 1 之后，无论是将操作添加到主线程还是在主线程直接执行 start, NSBlockOperation中的任务执行顺序都不确定，执行线程也不确定！
     一般在开发的时候，要避免向 NSBlockOperation 中追加任务！
     如果任务都是在子线程中执行，并且不需要保证执行顺序！可以直接追加任务
     */
    
    NSBlockOperation *blockOperation2 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        NSLog(@"blockOperation2---------%@", [NSThread currentThread]);
    }];
    
    NSBlockOperation *blockOperation3 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        NSLog(@"blockOperation3---------%@", [NSThread currentThread]);
    }];
    
    // 将操作添加到非主队列中
    //    NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];
    //
    //    [queue addOperation:blockOperation1];
    //    [queue addOperation:blockOperation2];
    //    [queue addOperation:blockOperation3];
    
    // 将操作添加到主队列中
    [[NSOperationQueue mainQueue] addOperation:blockOperation1];
    [[NSOperationQueue mainQueue] addOperation:blockOperation2];
    [[NSOperationQueue mainQueue] addOperation:blockOperation3];
}

3、NSOperation实现线程间通信

1）利用代理进行消息传递

@interface ViewController ()<MyOperationDelegate>

@property (weak, nonatomic) IBOutlet UIImageView *imageView;

@end

@implementation ViewController

- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event {
    
    NSLog(@"%s-----%@", __func__, [NSThread currentThread]);
    
    NSString *urlString = @"http://h.hiphotos.baidu.com/image/pic/item/30adcbef76094b366b2389d7a4cc7cd98d109d53.jpg";
    
    // 1.创建操作对象
    MyOperation *myO = [[MyOperation alloc] init];
    
    myO.delegate = self;
    
    // 3.告诉 myO 下载哪一张图片
    myO.urlString = urlString;
    
    NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];
    [queue setMaxConcurrentOperationCount:6];
    
    // 4.将操作添加到操作队列中
    [queue addOperation:myO];
    
    NSLog(@"end");
}

#pragma mark
#pragma mark - 实现操作的代理方法
- (void)downImage:(UIImage *)image {
    NSLog(@"%s------%@", __func__, [NSThread currentThread]);
    self.imageView.image = image;
}


@protocol MyOperationDelegate <NSObject>

- (void)downImage:(UIImage *)image;

@end

@interface MyOperation : NSOperation

@property (nonatomic, copy) NSString *urlString;

@property (nonatomic, weak) id<MyOperationDelegate> delegate;

@end


@implementation MyOperation

#pragma mark
#pragma mark - 重写NSOperation的main方法
// 当把自定义的操作添加到操作队列中，或者直接调用操作的 start 方法后，都会自动来执行main 方法中的内容
- (void)main {
    NSLog(@"%s------%@", __func__, [NSThread currentThread]);
    
    UIImage *image = [self downLoadImageSubThread];
    
    // 回到主线程执行代理方法
    dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
        if ([self.delegate respondsToSelector:@selector(downImage:)]) {
            [self.delegate downImage:image];
        }
    });
    
}

#pragma mark
#pragma mark - 下载网络图片的方法
- (UIImage *)downLoadImageSubThread {
    
    NSURL *url = [NSURL URLWithString:self.urlString];
    
    NSData *data = [NSData dataWithContentsOfURL:url];
    
    NSLog(@"下载完成");
    return [UIImage imageWithData:data];
    
}

@end

2)利用通知实现消息传递

@interface ViewController ()

@property (nonatomic, weak) IBOutlet UIImageView *imageView04;

@end

@implementation ViewController

- (void)viewDidLoad {
    NSLog(@"%s-----%@", __func__, [NSThread currentThread]);
    // 注册通知观察者
    // object:nil ，nil可以保证观察者接收任意类型的通知！
    [[NSNotificationCenter defaultCenter] addObserver:self selector:@selector(setUpImageWithNotify:) name:@"FinishDownLoadImage" object:nil];
}

- (void)dealloc {
    // 通知用完之后需要移除
    [[NSNotificationCenter defaultCenter] removeObserver:self];
}

// 接收到通知之后，执行的方法 noti:接收到的通知
- (void)setUpImageWithNotify:(NSNotification *)noti {
    NSLog(@"%s-----%@", __func__, [NSThread currentThread]);
    // 显示图片
    self.imageView04.image = noti.object;
}

- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event {
    
    NSLog(@"%s-----%@", __func__, [NSThread currentThread]);
    
    // 1.创建操作队列
    NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];
    [queue setMaxConcurrentOperationCount:6];
    
    // 2.告诉操作下载哪张图片
    MyOperation *myO = [[MyOperation alloc] init];
    
    myO.urlString = @"http://h.hiphotos.baidu.com/image/pic/item/72f082025aafa40f7c884d31af64034f79f0198b.jpg";
    
    // 3.将操作添加到操作队列,会自动调用操作中的main 方法
    [queue addOperation:myO];
    
    NSLog(@"end");
}

/**************************************************/
// 自定义NSOperation类
@interface MyOperation : NSOperation

@property (nonatomic, copy) NSString *urlString;

@end

// 实现自定义NSOperation类
@implementation MyOperation

- (void)main {
    NSLog(@"%s-----%@", __func__, [NSThread currentThread]);
    
    // 在子线程下载好图片后再传给主线程
    UIImage *image = [self downLoadImage:self.urlString];
    
    // 图片下载完毕之后，利用通知告诉控制器，图片下载结束，并且将下载好的图片传递给控制器
    // 在主线程发送通知
    dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
        [[NSNotificationCenter defaultCenter] postNotificationName:@"FinishDownLoadImage" object:image];
    });
    
}

- (UIImage *)downLoadImage:(NSString *)urlString {
    
    NSURL *url = [NSURL URLWithString:urlString];
    
    NSData *data = [NSData dataWithContentsOfURL:url];
    
    return [UIImage imageWithData:data];
    
}

3）利用block进行消息传递

@interface ViewController ()

@property (weak, nonatomic) IBOutlet UIImageView *imageView;

@end

@implementation ViewController

- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event {
    
    NSLog(@"%s----%@",__func__, [NSThread currentThread]);
    
    NSString *urlString = @"http://h.hiphotos.baidu.com/image/pic/item/72f082025aafa40f7c884d31af64034f79f0198b.jpg";
    
    // 2.创建操作
    MyOperation *mo = [[MyOperation alloc] init];
    mo.urlString = urlString;
    
    mo.view = self.view;
    
    [mo downLoadWebImageWithBlock:^(UIImage *image) {
        self.imageView.image = image;
    }];
    
    [mo setCompletionBlock:^{
        NSLog(@"图片下载完成");
    }];
    
    NSLog(@"end");
    
}

/*********************************************************/
// 自定义NSOperation类
typedef void(^downLoadBlock)(UIImage *image);

@interface MyOperation : NSOperation

@property (nonatomic, strong) UIView *view;

@property (nonatomic, copy) NSString *urlString;

@property (nonatomic, copy) downLoadBlock block;

- (void)downLoadWebImageWithBlock:(downLoadBlock)blk;

@end


// 实现自定义NSOperation类
@implementation MyOperation

#pragma mark
#pragma mark - 实现block方法，方便直接回车调用
- (void)downLoadWebImageWithBlock:(downLoadBlock)blk {
    if (blk) {
        self.block = blk;
        
        dispatch_async(dispatch_get_global_queue(0, 0), ^{
            UIImage *image = [self downLoadImage:self.urlString];
            
            dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
                
                if (self.block) {
                    self.block(image);
                }
                
            });
        });
    }

}

#pragma mark
#pragma mark - 下载图片的方法
- (UIImage *)downLoadImage:(NSString *)strUrl {
    
    NSLog(@"%s----%@",__func__, [NSThread currentThread]);
    
    NSURL *url = [NSURL URLWithString:strUrl];
    
    NSData *data = [NSData dataWithContentsOfURL:url];
    
    NSLog(@"下载完成");
    
    return [UIImage imageWithData:data];
    
}

@end

四、与GCD比较

GCD：

将任务（block）添加到队列(串行/并发/主队列)，并且指定任务执行的函数(同步/异步)
GCD是底层的C语言构成的API
iOS 4.0 推出的，针对多核处理器的并发技术
在队列中执行的是由 block 构成的任务，这是一个轻量级的数据结构
要停止已经加入 queue 的 block 需要写复杂的代码
需要通过 Barrier 或者同步任务设置任务之间的依赖关系
只能设置队列的优先级
高级功能：
一次性 once
延迟操作 after
调度组

NSOperation：

核心概念：把操作(异步)添加到队列(全局的并发队列)
OC 框架，更加面向对象，是对 GCD 的封装
iOS 2.0 推出的，苹果推出 GCD 之后，对 NSOperation 的底层全部重写
Operation作为一个对象，为我们提供了更多的选择
可以随时取消已经设定要准备执行的任务，已经执行的除外
可以跨队列设置操作的依赖关系
可以设置队列中每一个操作的优先级
高级功能：
最大操作并发数(GCD不好做)
继续/暂停/全部取消
跨队列设置操作的依赖关系