轉(zhuǎn)自Xcode Dev

并發(fā)編程之Operation Queue

隨著移動設(shè)備的更新?lián)Q代,，移動設(shè)備的性能也不斷提高,，現(xiàn)在流行的CPU已經(jīng)進入雙核、甚至四核時代,。如何充分發(fā)揮這些CPU的性能,，會變得越來越重要。在iOS中如果想要充分利用多核心CPU的優(yōu)勢,，就要采用并發(fā)編程,，提高CPU的利用率。iOS中并發(fā)編程中主要有2種方式Operation Queue和GCD（Grand Central Dispatch）,。下面就來先來說一下Operation Queue,。

異步調(diào)用和并發(fā)

在深入之前,，首先說說異步調(diào)用和并發(fā),。這兩個概念在并發(fā)編程中很容易弄混淆。異步調(diào)用是指調(diào)用時無需等待結(jié)果返回的調(diào)用,，異步調(diào)用往往會觸發(fā)后臺線程處理,，比如NSURLConnection的異步網(wǎng)絡(luò)回調(diào)。并發(fā)是指多個任務(wù)（線程）同時執(zhí)行,。在異步調(diào)用的實現(xiàn)中往往采用并發(fā)機制,，然而并不是所有異步都是并發(fā)機制，也有可能是其他機制,，比如一些依靠中斷進行的操作,。

為什么Operation Queue

Operation Queue提供一個面向?qū)ο蟮牟l(fā)編程接口，支持并發(fā)數(shù),，線程優(yōu)先級,，任務(wù)優(yōu)先級,，任務(wù)依賴關(guān)系等多種配置，可以方便滿足各種復雜的多任務(wù)處理場景,。

1.面向?qū)ο蠼涌?/p>

2.支持并發(fā)數(shù)配置

3.任務(wù)優(yōu)先級調(diào)度

4.任務(wù)依賴關(guān)系

5.線程優(yōu)先級配置

NSOperation簡介

iOS并發(fā)編程中,，把每個并發(fā)任務(wù)定義為一個Operation，對應(yīng)的類名是NSOperation,。NSOperation是一個抽象類,，無法直接使用，它只定義了Operation的一些基本方法,。我們需要創(chuàng)建一個繼承于它的子類或者使用系統(tǒng)預(yù)定義的子類,。目前系統(tǒng)預(yù)定義了兩個子類：NSInvocationOperation和NSBlockOperation。

NSInvocationOperation

NSInvoationOperation是一個基于對象和selector的Operation,，使用這個你只需要指定對象以及任務(wù)的selector,，如果必要，你還可以設(shè)定傳遞的對象參數(shù),。

NSInvocationOperation *invacationOperation = [[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector:@selector(doSomethingWithObj:) object:obj]; 

同時當這個Operation完成后,，你還可以獲取Operation中Invation執(zhí)行后返回的結(jié)果對象。

id result = [invacationOperation result]; 

NSBlockOperation

在一個Block中執(zhí)行一個任務(wù),，這時我們就需要用到NSBlockOperation,。可以通過blockOperationWithBlock:方法來方便地創(chuàng)建一個NSBlockOperation：

NSBlockOperation *blockOperation = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{ 
    //Do something here. 
}]; 

運行一個Operation

調(diào)用Operation的start方法就可以直接運行一個Operation,。

[operation start]; 

start方法用來啟動一個Operation任務(wù),。同時，Operation提供一個main方法,，你的所有任務(wù)都應(yīng)該在main中進行處理,。默認的start方法中會先做出一些異常判斷然后直接調(diào)用main方法。如果需要自定義一個NSOperation必須重載main方法來執(zhí)行你所想要執(zhí)行的任務(wù),。

@implementation CustomOperation 
 
-(void)main { 
   @try { 
      // Do some work. 
   } 
   @catch(...) { 
      // Exception handle. 
   } 
} 
@end 

取消一個Operation

要取消一個Operation,，要向Operation對象發(fā)送cancel消息：

[operation cancel]; 

當向一個Operation對象發(fā)送cancel消息后，并不保證這個Operation對象一定能立刻取消,，這取決于你的main中對cancel的處理,。如果你在main方法中沒有對cancel進行任何處理的話，發(fā)送cancel消息是沒有任何效果的,。為了讓Operation響應(yīng)cancel消息,，那么你就要在main方法中一些適當?shù)牡胤绞謩拥呐袛鄆sCancelled屬性，如果返回YES的話,，應(yīng)釋放相關(guān)資源并立刻停止繼續(xù)執(zhí)行,。

創(chuàng)建可并發(fā)的Operation

由于默認情況下Operation的start方法中直接調(diào)用了main方法，而main方法中會有比較耗時的處理任務(wù)。如果我們在一段代碼連續(xù)start了多個Operation,，這些Operation都是阻塞地依次執(zhí)行完,，因為第二個Operation必須等到第一個Operation執(zhí)行完start內(nèi)的main并返回。Operation默認都是不可并發(fā)的（使用了Operation Queue情況下除外,，Operation Queue會獨自管理自己的線程）,，因為默認情況下Operation并不額外創(chuàng)建線程。我們可以通過Operation的isConcurrent方法來判斷Operation是否是可并發(fā)的,。如果要讓Operation可并發(fā),，我們需要讓main在獨立的線程中執(zhí)行，并將isConcurrent返回YES,。

@implementation MyOperation{ 
    BOOL        executing; 
    BOOL        finished; 
} 
 
 
- (BOOL)isConcurrent { 
    return YES; 
} 
 
- (void)start { 
   if ([self isCancelled]) 
   { 
      [self willChangeValueForKey:@"isFinished"]; 
      finished = YES; 
      [self didChangeValueForKey:@"isFinished"]; 
      return; 
   } 
 
   [self willChangeValueForKey:@"isExecuting"]; 
   [NSThread detachNewThreadSelector:@selector(main) toTarget:self withObject:nil]; 
   executing = YES; 
   [self didChangeValueForKey:@"isExecuting"]; 
} 
 
- (void)main { 
   @try { 
        // Do some work. 
 
        [self willChangeValueForKey:@"isFinished"]; 
        [self willChangeValueForKey:@"isExecuting"]; 
        executing = NO; 
        finished = YES; 
        [self didChangeValueForKey:@"isExecuting"]; 
        [self didChangeValueForKey:@"isFinished"]; 
 
   } 
   @catch(...) { 
      // Exception handle. 
   } 
} 
 
@end 

 當你自定義了start或main方法時,，一定要手動的調(diào)用一些KVO通知方法，以便讓對象的KVO機制可以正常運作,。

設(shè)置Operation的completionBlock

每個Operation都可以設(shè)置一個completionBlock,，在Operation執(zhí)行完成時自動執(zhí)行這個Block。我們可以在此進行一些完成的處理,。completionBlock實現(xiàn)原理是對Operation的isFinnshed字段進行KVO（Key-Value Observing）,，當監(jiān)聽到isFinnished變成YES時，就執(zhí)行completionBlock,。

operation.completionBlock = ^{ 
    NSLog(@"finished"); 
}; 

設(shè)置Operation的線程優(yōu)先級

我們可以為Operation設(shè)置一個線程優(yōu)先級,，即threadPriority。那么執(zhí)行main的時候,，線程優(yōu)先級就會調(diào)整到所設(shè)置的線程優(yōu)先級,。這個默認值是0.5，我們可以在Operation執(zhí)行前修改它,。

operation.threadPriority = 0.1; 

注意：如果你重載的start方法,，那么你需要自己來配置main執(zhí)行時的線程優(yōu)先級和threadPriority字段保持一致。

Operation狀態(tài)變化

我們可以通過KVO機制來監(jiān)聽Operation的一下狀態(tài)改變,，比如一個Operation的執(zhí)行狀態(tài)或完成狀態(tài),。這些狀態(tài)的keypath包括以下幾個：

• isCancelled
• isConcurrent
• isExecuting
• isFinished
• isReady
• dependencies
• queuePriority
• completionBlock

NSOperationQueue

NSOperationQueue是一個Operation執(zhí)行隊列，你可以將任何你想要執(zhí)行的Operation添加到Operation Queue中,，以在隊列中執(zhí)行,。同時Operation和Operation Queue提供了很多可配置選項,。Operation Queue的實現(xiàn)中,，創(chuàng)建了一個或多個可管理的線程，為隊列中的Operation提供可高度自定的執(zhí)行環(huán)境,。

Operation的依賴關(guān)系

有時候我們對任務(wù)的執(zhí)行順序有要求,，一個任務(wù)必須在另一個任務(wù)執(zhí)行之前完成，這就需要用到Operation的依賴（Dependency）屬性。我們可以為每個Operation設(shè)定一些依賴的另外一些Operation,，那么如果依賴的Operation沒有全部執(zhí)行完畢,，這個Operation就不會被執(zhí)行。

[operation addDependency:anotherOperation]; 
[operation removeDependency:anotherOperation]; 

如果將這些Operation和它所依賴的Operation加如隊列中,，那么Operation只有在它依賴的Operation都執(zhí)行完畢后才可以被執(zhí)行,。這樣我們就可以方便的控制Operation執(zhí)行順序。

Operation在隊列中執(zhí)行的優(yōu)先級

Operation在隊列中默認是按FIFO（First In First Out）順序執(zhí)行的,。同時我們可以為單個的Operation設(shè)置一個執(zhí)行的優(yōu)先級,，打亂這個順序。當Queue有空閑資源執(zhí)行新的Operation時,，會優(yōu)先執(zhí)行當前隊列中優(yōu)先級最高的待執(zhí)行Operation,。

最大并發(fā)Operation數(shù)目

在一個Operation Queue中是可以同時執(zhí)行多個Operation的，Operation Queue會動態(tài)的創(chuàng)建多個線程來完成相應(yīng)Operation,。具體的線程數(shù)是由Operation Queue來優(yōu)化配置的,，這一般取決與系統(tǒng)CPU的性能，比如CPU的核心數(shù),，和CPU的負載,。但我們還是可以設(shè)置一個最大并發(fā)數(shù)的，那么Operation Queue就不會創(chuàng)建超過最大并發(fā)數(shù)量的線程,。

NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init]; 
queue.maxConcurrentOperationCount = 1; 

如果我們將maxConcurrentOperationCount設(shè)置為1,，那么在隊列中每次只能執(zhí)行一個任務(wù)。這就是一個串行的執(zhí)行隊列了,。

Simple Code

下面我寫了一個簡單的Simple Code來說明一下Operation和Operation Queue,。

NSBlockOperation *operation5s = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{ 
    NSLog(@"operation5s begin"); 
    sleep(5); 
    NSLog(@"operation5s end"); 
}]; 
operation5s.queuePriority = NSOperationQueuePriorityHigh; 
NSBlockOperation *operation1s = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{ 
    NSLog(@"operation1s begin"); 
    sleep(1); 
    NSLog(@"operation1s end"); 
}]; 
NSBlockOperation *operation2s = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{ 
    NSLog(@"operation2s begin"); 
    sleep(2); 
    NSLog(@"operation2s end"); 
}]; 
 
operation1s.completionBlock = ^{ 
    NSLog(@"operation1s finished in completionBlock"); 
}; 
 
NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init]; 
queue.maxConcurrentOperationCount = 1; 
[queue addOperation:operation1s]; 
[queue addOperation:operation2s]; 
[queue addOperation:operation5s]; 
[queue waitUntilAllOperationsAreFinished]; 

運行這段代碼，我得到了一下輸出結(jié)果：

operation1s begin 
operation1s end 
operation5s begin 
operation1s finished in completionBlock 
operation5s end 
operation2s begin 
operation2s end 

為了更好的展示隊列優(yōu)先級效果,，我把queue的maxConcurrentOperationCount設(shè)置為1,，以便任務(wù)一個一個的執(zhí)行。從上面日志可以看出,，第一個operation1s執(zhí)行完畢后,，會執(zhí)行operation5s，而不是operation2s,，因為operation5s的queuePriority是NSOperationQueuePriorityHigh,。而第一個線程總是會第一個執(zhí)行。在看看2-4行,，我們可以看出operation1s的completionBlock比operation5s晚開始執(zhí)行,，說明它不在operation1s的線程中執(zhí)行的。正如前面所說,，completionBlock是通過KVO監(jiān)聽執(zhí)行,，一般會運行在監(jiān)聽所在線程，而不是Operation執(zhí)行的線程。

注意事項

當一個Operation被加入Queue中后,，請不要對這個Operation再進行任何修改,。因為一旦加入Queue，它隨時就有可能會被執(zhí)行,，對它的任何修改都有可能導致它的運行狀態(tài)不可控制,。

threadPriority僅僅影響了main執(zhí)行時的線程優(yōu)先級，其他的方法包括completionBlock都是以默認的優(yōu)先級來執(zhí)行的,。如果自定義的話,，也要注意在main執(zhí)行前設(shè)置好threadPriority，執(zhí)行完畢后要還原默認線程優(yōu)先級,。

經(jīng)測試,，Operation的threadPriority字段只有在Operation單獨執(zhí)行時有效，在Operation Queue中是無效的,。

第一個加入到Operation Queue中的Operation,，無論它的優(yōu)先級有多么低，總是會第一個執(zhí)行,。