Operation Queues vs. Grand Central Dispatch (GCD)

简单来说，GCD 是苹果基于 C 语言开发的，一个用于多核编程的解决方案，主要用于优化应用程序以支持多核处理器以及其他对称多处理系统。而 Operation Queues 则是一个建立在GCD 的基础之上的，面向对象的解决方案。它使用起来比GCD更加灵活，功能也更加强大。下面简单地介绍了 Operation Queues 和 GCD 各自的使用场景：

Operation Queues ：相对 GCD来说，使用 Operation Queues 会增加一点点额外的开销，但是我们却换来了非常强大的灵活性和功能，我们可以给 operation 之间添加依赖关系、取消一个正在执行的 operation 、暂停和恢复 operation queue 等；
GCD ：则是一种更轻量级的，以 FIFO 的顺序执行并发任务的方式，使用 GCD 时我们并不关心任务的调度情况，而让系统帮我们自动处理。但是 GCD 的短板也是非常明显的，比如我们想要给任务之间添加依赖关系、取消或者暂停一个正在执行的任务时就会变得非常棘手。

一般来说，有以下两个场景我们会优先使用 NSBlockOperation 类：

• 当我们在应用中已经使用了 Operation Queues且不想创建 Dispatch Queues 时，NSBlockOperation 类可以为我们的应用提供一个面向对象的封装；
• 我们需要用到 Dispatch Queues 不具备的功能时，比如需要设置 operation 之间的依赖关系、使用KVO 观察 operation 的状态变化等。

NSOperation 是如何实现多线程的使用的？

NSOperation 实现多线程的使用步骤分为三步：

• 创建操作：先将需要执行的操作封装到一个 NSOperation 对象中。
• 创建队列：创建 NSOperationQueue 对象。
• 将操作加入到队列中：将 NSOperation 对象添加到 NSOperationQueue对象中。

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

NSBlockOperation 的 addExecutionBlock：

NSBlockOperation 还提供了一个方法 addExecutionBlock:，通过 addExecutionBlock: 就可以为 NSBlockOperation 添加额外的操作。这些操作（包括 blockOperationWithBlock 中的操作）可以在不同的线程中同时（并发）执行。只有当所有相关的操作已经完成执行时，才视为完成。
如果添加的操作多的话，blockOperationWithBlock: 中的操作也可能会在其他线程（非当前线程）中执行，这是由系统决定的，并不是说添加到 blockOperationWithBlock: 中的操作一定会在当前线程中执行。（可以使用 addExecutionBlock: 多添加几个操作试试）。

一般情况下，如果一个 NSBlockOperation 对象封装了多个操作。NSBlockOperation 是否开启新线程，取决于操作的个数。如果添加的操作的个数多，就会自动开启新线程。当然开启的线程数是由系统来决定的。

如何实现将6张图片的下载分成两组下载，两组按先后顺序执行？

思路：

• 创建队列NSOperationQueue对象
• 创建两个操作op1和op2
• 通过-addExecutionBlock：增加额外操作
• 设置操作op1和op2之间的依赖关系。 [op2 addDependency:op1]; // 让op2 依赖于 op1，则先执行op1，在执行op2
• op1和op2添加到队列中

 
    // 1.创建队列
    NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];
    
    // 2.创建操作
    NSBlockOperation *op1 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        for (int i = 0; i < 2; i++) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2]; // 模拟耗时操作
            NSLog(@"1---%@", [NSThread currentThread]); // 打印当前线程
        }
    }];
    
    [op1 addExecutionBlock:^{
        for (int i = 0; i < 2; i++) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2]; // 模拟耗时操作
            NSLog(@"3---%@", [NSThread currentThread]); // 打印当前线程
        }
    }];
    NSBlockOperation *op2 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        for (int i = 0; i < 2; i++) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2]; // 模拟耗时操作
            NSLog(@"2---%@", [NSThread currentThread]); // 打印当前线程
        }
    }];
    [op2 addExecutionBlock:^{
        for (int i = 0; i < 2; i++) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2]; // 模拟耗时操作
            NSLog(@"4---%@", [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];

最大并发操作数：maxConcurrentOperationCount

NSOperationQueue 控制串行执行、并发执行
之前我们说过，NSOperationQueue 创建的自定义队列同时具有串行、并发功能，上边我们演示了并发功能，那么他的串行功能是如何实现的？
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。

注意：这里 maxConcurrentOperationCount 控制的不是并发线程的数量，而是一个队列中同时能并发执行的最大操作数。而且一个操作也并非只能在一个线程中运行。

• 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}。

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。

/**
 * 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 = 0; i < 2; i++) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2]; // 模拟耗时操作
            NSLog(@"1---%@", [NSThread currentThread]); // 打印当前线程
        }
    }];
    NSBlockOperation *op2 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        for (int i = 0; i < 2; i++) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2]; // 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];
}

NSOperation 优先级

NSOperation 提供了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 = 0,
    NSOperationQueuePriorityHigh = 4,
    NSOperationQueuePriorityVeryHigh = 8
};

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。

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。
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。

/**
 * 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 = 0; i < 2; i++) {
            [NSThread sleepForTimeInterval:2]; // 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 = 0; i < 2; i++) {
                [NSThread sleepForTimeInterval:2]; // 模拟耗时操作
                NSLog(@"2---%@", [NSThread currentThread]); // 打印当前线程
            }
        }];
    }];
}

输出结果：

image

• 可以看到：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。

/**
 * 线程安全：使用 NSLock 加锁
 * 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 = 50;

    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 = 1;

    // 2.创建 queue2,queue2 代表上海火车票售卖窗口
    NSOperationQueue *queue2 = [[NSOperationQueue alloc] init];
    queue2.maxConcurrentOperationCount = 1;

    // 3.创建卖票操作 op1
    NSBlockOperation *op1 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        [self saleTicketSafe];
    }];

    // 4.创建卖票操作 op2
    NSBlockOperation *op2 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        [self 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 (1) {

        // 加锁
        [self.lock lock];

        if (self.ticketSurplusCount > 0) {
            //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 <= 0) {
            NSLog(@"所有火车票均已售完");
            break;
        }
    }
}

NSOperation、NSOperationQueue 常用属性和方法归纳

NSOperation 常用属性和方法

取消操作方法

- (void)cancel;可取消操作，实质是标记 isCancelled状态。

判断操作状态方法

- (BOOL)isFinished; 判断操作是否已经结束。

- (BOOL)isCancelled;判断操作是否已经标记为取消。

- (BOOL)isExecuting;判断操作是否正在在运行。

- (BOOL)isReady; 判断操作是否处于准备就绪状态，这个值和操作的依赖关系相关。

操作同步

- (void)waitUntilFinished; 阻塞当前线程，直到该操作结束。可用于线程执行顺序的同步。

- (void)setCompletionBlock:(void (^)(void))block; completionBlock会在当前操作执行完毕时执行 completionBlock。

- (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。

NSOperationQueue 常用属性和方法

取消/暂停/恢复操作

- (void)cancelAllOperations;可以取消队列的所有操作。

- (BOOL)isSuspended;判断队列是否处于暂停状态。YES为暂停状态，NO 为恢复状态。

- (void)setSuspended:(BOOL)b;可设置操作的暂停和恢复，YES 代表暂停队列，NO代表恢复队列。

操作同步

- (void)waitUntilAllOperationsAreFinished;阻塞当前线程，直到队列中的操作全部执行完毕。

添加/获取操作`

- (void)addOperationWithBlock:(void (^)(void))block; 向队列中添加一个 NSBlockOperation 类型操作对象。

- (void)addOperations:(NSArray *)ops waitUntilFinished:(BOOL)wait;向队列中添加操作数组，wait 标志是否阻塞当前线程直到所有操作结束

- (NSArray *)operations;当前在队列中的操作数组（某个操作执行结束后会自动从这个数组清除）。

- (NSUInteger)operationCount;当前队列中的操作数。

获取队列

+ (id)currentQueue;获取当前队列，如果当前线程不是在 NSOperationQueue上运行则返回 nil。

+ (id)mainQueue;获取主队列。

####### 注意：

这里的暂停和取消（包括操作的取消和队列的取消）并不代表可以将当前的操作立即取消，而是当当前的操作执行完毕之后不再执行新的操作
暂停和取消的区别就在于：暂停操作之后还可以恢复操作，继续向下执行；而取消操作之后，所有的操作就清空了，无法再接着执行剩下的操作。