iOS操作队列

Cocoa操作(operation)是一种面向对象的方式来封装您想要异步执行的工作。操作被设计用来和操作队列(operation queue)一起使用或者由他们自己使用。因为他们是基于Objective-C,操作常用于基于Cocoa的OS X和iOS应用程序。

下面介绍如何定义和使用操作。

关于操作对象

操作对象是NSOperation类(在Foundation框架中)的实例,使用它来封装您想要应用程序执行的工作。NSOperation类本身是一个抽象基类,必须将其子类化才能做任何有用的工作。尽管是抽象的,这个类确实提供了大量的基础结构,以减少您在自己子类中的工作量。此外,基础框架提供了两个具体子类,可以和您已经存在的代码一样使用。下标列出了这些类,和一些怎么使用他们的摘要信息。

描述
NSInvocationOperation 您可以使用此类从您应用程序中基于一个对象(object)和选择器(selector)创建一个操作对象。如果已经存在一个执行任务所需要的方法,您可以使用此类。因为它不需要子类化,您也可以以更动态的方式使用此类创建操作对象。有关如何使用这个类的信息,请参阅创建NSInvocationOperation对象
NSBlockOperation 您可以使用此类并发的执行一个或者多个块对象(block object)。因为太可以执行多个块,所以块操作对象使用组语义操作。只有当所有相关联的块都执行完成时,操作本身才被认为完成操作。有关如何使用这个类的信息,请参阅创建NSBlockOperation对象
NSOperation 用于定义自定义操作对象的基类,子类化NSOperation给你完全的控制权来实现您自己的操作,包括改变操作执行的默认行为和记录其状态。有关如何定义自定义操作对象的信息,请参阅定义自定义操作对象

所有操作对象都支持以下主要特性:

操作的设计是为了帮助您在您的应用程序中提高并发的级别。操作也是一个很好的方式将您应用程序的行为组织和封装成简单的离散块。你可以提交一个或多个操作对象到队列,并且让相应的工作在一个或多个单独的线程上异步执行,而不是在您应用程序的主线程上运行一些代码。

并发操作与非并发操作

虽然您通常通过添加操作到操作队列中来执行操作,但这并不是必须的。也可以通过调用操作对象的start方法来手动执行,但这么做并不能保证该操作和您其他的代码并行运行。NSOperation类的isConcurrent方法告诉您操作与调用start方法的线程是同步还是异步运行。默认情况下,该方法返回NO,这意味着操作在调用线程中同步运行。

如果您想实现并发操作(也就是说一个和调用线程异步执行的操作),您必须写一些额外的代码来异步开始操作。例如,您可能产生一个独立的线程,调用一个异步的系统功能,或者做一些其他事情来确保start方法开始执行任务,并且很有可能在任务执行结束之前就立即返回。

大多数开发人员应该从不需要实现并发操作对象。如果您总是添加操作到操作队列,则不需要实现并发操作。当您提交一个非并发操作到操作队列时,队列本身会创建一个线程来运行您的操作。因此,添加一个非并发操作到队列,结果仍然会异步执行您操作对象中的代码。只有在您需要异步执行操作又不添加操作到队列的地方才需要定义并发操作。

有关如何创建并发操作,请参阅配置并发执行操作NSOperation类参考

创建NSInvocationOperation对象

NSInvocationOperation类是NSOperation类的具体子类,当运行时,在您指定的对象上调用您指定的选择器(selector)。使用此类来避免在您应用程序中为每个任务定义大量的自定义操作对象。特别是如果您正在修改现有的应用程序,并且已经有了执行必要任务所需要的方法和对象。当您想要根据情况能够改变调用方法时,您也可以使用它。例如,您可能使用一个调用操作,基于用户的输入来动态选择来执行一个选择器(selector)。

创建调用操作的过程是简单的。您创建并初始化此类的一个新的实例,传递需要的对象和需要执行的选择器到初始化方法。下面代码给出了演示创建过程的自定义类的两个方法。taskWithData:方法创建一个新的调用对象,并且用另一个方法的名字提供给他,此方法包含任务的实现。

@implementation MyCustomClass
- (NSOperation*)taskWithData:(id)data {
    NSInvocationOperation* theOp = [[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self
                    selector:@selector(myTaskMethod:) object:data];
 
   return theOp;
}
 
// 这是执行任务实际工作的方法.
- (void)myTaskMethod:(id)data {
    // 执行任务.
}
@end

创建NSBlockOperation对象

NSBlockOperation类是NSOperation类的具体子类,它为一个或多个块对象(block object)充当封装器。这个类为已经使用操作队列并且也不想创建调度队列的应用程序提供一个面向对象的封装器。您也可以使用块操作来利用操作依赖,KVO和可能不适用于调度队列的其他特性。

当您创建一个块操作时,您通常在初始化时添加至少一个块,您稍后可以根据需要添加更多的块。当NSBlockOperation对象到了执行的时间时,块操作对象提交它所有的块到一个默认优先级的并发调度队列。块操作对象然后等待,直到所有的块完成执行。当最后一个块结束执行的时候,操作对象标记自己为已完成。因此,您可以使用快操作来跟踪一组执行块,就像使用一个线程连接合并多个线程的结果一样。区别是,因为块操作本身运行在一个独立的线程上,当等待块操作完成时您应用程序的其他线程可以继续工作。

下面代码显示了如何创建NSBlockOperation对象的简单例子。块本身没有参数也没有有意义的返回结果。

NSBlockOperation* theOp = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock: ^{
      NSLog(@"Beginning operation.\n");
      // 做一些工作.
   }];

创建块操作对象后,你可以使用addExecutionBlock:方法添加更多块到操作对象。如果您需要串行的执行块,您必须将他们直接提交到期望的调度队列。

定义自定义操作对象

如果块操作和调用操作对象不能够完全满足您应用程序的需求,您可以直接子类化NSOperation,并添加您需要的任何行为。NSOperation类为所有操作对象提供通用的子类化要点。该类也提供大量有意义的基础结构为依赖和KVO通知处理大部分工作。然而,有时可能仍然需要您补充实现现有的基础结构,以确保您的操作行为是正确的。您必须做的额外工作的工作量,取决于您实现的是非并发操作还是并发操作。

定义非并发操作比定义并发操作简单的多。对于非并发操作,您索要做的是执行主要任务并且适当的响应取消事件;现有的类基础结构为您处理其他所有工作。对于并发操作,您必须使用自定义代码替换一些现有的基础结构。以下部分为您说明怎么实现两种类型的对象。

执行主要任务

每个操作对象应该至少实现以下方法:

您需要一个自定义的初始化方法把您的操作对象放到一个已知的状态,和一个自定义的main方法来执行您的任务。当然,您可以根据需要实现其他方法,如下所示:

下面代码显示了自定义NSOperation子类的一个原始模板。(这个代码并没有显示如何处理取消,但显示了您通常会有的方法,有关处理取消的信息,请参阅响应取消事件。)这个类的初始化方法使用data参数接收一个对象,并且在操作对象内部存储对它的引用。在返回结果到您的应用程序之前,main方法表面上为处理data对象。

@interface MyNonConcurrentOperation : NSOperation
@property id (strong) myData;
-(id)initWithData:(id)data;
@end
 
@implementation MyNonConcurrentOperation
- (id)initWithData:(id)data {
   if (self = [super init])
      myData = data;
   return self;
}
 
-(void)main {
   @try {
      // Do some work on myData and report the results.
   }
   @catch(...) {
      // Do not rethrow exceptions.
   }
}
@end

对于如何实现一个NSOperation子类的详细例子,请参阅NSOperationSample

响应取消事件

操作开始执行后,它将继续执行它的任务直到它结束或者直到您的代码显式的取消操作。取消可以发生在任何时间,即使在操作开始执行之前。虽然NSOperation为客户提供一个方法来取消操作,但识别取消事件必然是自愿的。如果操作完全终止,则可能无法回收已经分配的资源。因此,期望操作对象能够检查取消事件,并且在操作中发生取消时能够优雅的退出。

为了在操作对象中支持取消,您所要做的就是在您的自定义代码中适时的调用对象的isCancelled方法,如果它返回YES,立即返回。支持取消是很重要的,不管您的操作持续的时间多长、您直接继承NSOperation或使用其具体子类之一。isCancelled方法本身是非常轻量的,并且可以被频繁调用而没有任何显著的性能损失。当设计您的操作对象时,应该在您代码的以下地方考虑调用isCancelled方法:

以下代码提供了一个简单例子,显示在操作对象的main方法中如何响应取消事件。在这种情况下,while的每次循环都调用isCancelled方法,在再次定期开始工作之前,允许快速退出。

- (void)main {
   @try {
      BOOL isDone = NO;
 
      while (![self isCancelled] && !isDone) {
          // Do some work and set isDone to YES when finished
      }
   }
   @catch(...) {
      // Do not rethrow exceptions.
   }
}

虽然前面的代码不包含清除代码,但您自己的代码应当确保释放由您的自定义代码分配的任何资源。

配置并发执行操作

操作对象默认情况下是以同步方式执行,也就是说,他们在调用start方法的线程上执行他们的任务。因为操作队列为非并发操作提供线程,因此,大部分操作还是异步运行。然而,如果您打算手动执行操作,并且想要他们异步执行,您必须采用适当的措施来确保他们是异步执行。您可以通过定义您的操作对象为并发操作来做到这一点。

下表列出了实现并发操作通常覆盖的方法。

方法 描述
start (必须)所有并发操作必须覆盖这个方法,并通过自定义实现替换默认行为。通过调用start方法来手动执行一个操作。因此,您的这个方法的实现是您的操作的起始点,也是您执行任务而设置线程或者其他操作环境的地方。您的实现任何时候都不能够调用super方法。
main (可选)这个方法通常用来实现关联到操作对象的任务。虽然您可以在start方法中执行任务,但使用这个方法来实现任务可以将您的设置和任务代码单独分离开。
isExecuting/isFinished (必须)并发操作负责设置他们的操作环境,并且向外部客户报告环境状态。因此,一个并发对象必须维护一些状态信息来明确任务什么时候正在执行、什么时候已经执行结束。然后必须通过这些方法来报告状态。您的这些方法的实现必须能够被其他线程同时安全调用。当这些方法报告的状态值变化时,您必须为期望的键路径(key path)生成适当的KVO通知。
isConcurrent (必须)为了标记一个操作是并发的,覆盖这个方法并返回YES

剩下的这部分显示了一个实现MyOperation类的例子,它示范了实现并发操作需要实现的基本代码。MyOperation类在自己创建的一个单独线程上简单执行了自己的main方法。main方法执行的实际工作无关紧要。这个例子是为了示范在定义并发操作您需要提供的基础结构。

下面代码展示了MyOperation类的接口和部分实现。MyOperation类的isConcurrent,isExecutionisFinished方法的实现都相当简单。isConcurrent方法简单返回YES来标示这是一个并发操作。isExecutionisFinished方法简单返回存储在类自身中实例变量的值。

@interface MyOperation : NSOperation {
    BOOL        executing;
    BOOL        finished;
}
- (void)completeOperation;
@end
 
@implementation MyOperation
- (id)init {
    self = [super init];
    if (self) {
        executing = NO;
        finished = NO;
    }
    return self;
}
 
- (BOOL)isConcurrent {
    return YES;
}
 
- (BOOL)isExecuting {
    return executing;
}
 
- (BOOL)isFinished {
    return finished;
}
@end

下面代码展示了MyOperationstart方法。这个是方法的最小实现,也是为了示范必须执行的任务。在这种情况下,这个方法简单启动一个线程,并且配置它来调用main方法。这个方法还更新成员变量executing,并且为isExecuting键路径生成KVO通知来反映该值的变化。在它的工作结束后,然后方法简单返回,留下刚才的独立线程来执行实际任务。

- (void)start {
   // Always check for cancellation before launching the task.
   if ([self isCancelled])
   {
      // Must move the operation to the finished state if it is canceled.
      [self willChangeValueForKey:@"isFinished"];
      finished = YES;
      [self didChangeValueForKey:@"isFinished"];
      return;
   }
 
   // If the operation is not canceled, begin executing the task.
   [self willChangeValueForKey:@"isExecuting"];
   [NSThread detachNewThreadSelector:@selector(main) toTarget:self withObject:nil];
   executing = YES;
   [self didChangeValueForKey:@"isExecuting"];
}

下面代码为MyOperation类展示了剩余的实现。如上面代码看到的,main方法是新线程的入口。它执行关联到操作对象的工作,并在工作结束的时候调用自定义的completeOperation方法。completeOperation方法然后为isExecutingisFinished键路径生成所需的KVO通知来反映操作状态的变化

- (void)main {
   @try {
 
       // Do the main work of the operation here.
 
       [self completeOperation];
   }
   @catch(...) {
      // Do not rethrow exceptions.
   }
}
 
- (void)completeOperation {
    [self willChangeValueForKey:@"isFinished"];
    [self willChangeValueForKey:@"isExecuting"];
 
    executing = NO;
    finished = YES;
 
    [self didChangeValueForKey:@"isExecuting"];
    [self didChangeValueForKey:@"isFinished"];
}

即使操作被取消,您应该总是通知KVO监听者您的操作现在已经完成。当一个操作对象依赖于其他操作对象的结束时,它监视这些对象的isFinished键路径。只有当所有对象报告它们已经结束,依赖操作才标示它已经准备运行。不生成结束通知会阻止您应用程序中其他操作的执行。

维持KVO规范

NSOperation类的以下键路径是符合KVO规范的:

如果您覆盖start方法,或者除了覆盖main方法外做NSOperation对象的任何重要自定义,您必须确保您的自定义对象为他们的键路径保持KVO规范。当覆盖start方法时,您最需要注意的键路径是isExecutingisFinished。它们是重新实现这些方法最经常被影响到的键路径。

如果您想实现支持依赖其他操作对象的一些东西,您也可以覆盖isReady方法并且强制它返回NO,直到您的自定义依赖都满足(如果您实现自定义依赖关系,且仍然支持NSOperation类提供的默认依赖管理系统,请确保在isReady方法中调用super方法)。当操作对象的准备就绪状态改变时,为isReady键路径生成KVO通知来报告这些变化。除非你覆盖addDependency:removeDependency:方法,否则您应该不需要为dependencies键路径生成KVO通知而担心。

虽然您可以为NSOperation的其他键路径生成KVO通知,但不大可能需要您一直这么做。如果您需要取消操作,您可以简单的调用现有的cancel方法。同样的,很少需要您修改操作对象的队列优先级信息。最后,除非您的操作有可能动态改变并发状态,否则您不需要为isConcurrent键路径提供KVO通知。

有关怎么在您自定义对象中支持键值观察的更多信息,请参阅键值观察指南

自定义操作对象的执行行为

操作对象的配置发生在您已经创建好它们之后,但在您添加它们到队列之前。这一部分描述的配置可以被应用到所有的操作对象中,不管是您自己子类的NSOperation还是使用现有的子类。

配置相互依赖关系

依赖关系是串行执行离散操作对象的一种方式,一个依赖于其他操作的操作不能够开始执行,直到它依赖的所有操作都已经执行结束。因此,您可以使用依赖关系在两个操作对象之间来创建简单的一到一的依赖关系,或者创建复杂的对象依赖图。

为了在两个操作对象之间建立依赖关系,您可以使用NSOperationaddDependency:方法。这个方法从当前操作对象到您指定作为参数的目标操作创建一个单向依赖。这个依赖意味着当前操作对象不能够开始执行,直到目标操作对象结束执行。依赖关系也不限制操作在同一个队列。操作对象管理它们自己的依赖关系,所以在操作对象之间建立依赖关系并将它们都添加到不同的队列,它是完全接受的。然而有一件事是不能够接受的,就是在操作之间创建循环依赖关系。这么做是程序员的错误,它将永远阻止受影响的操作执行。

当操作所有的依赖都已经结束执行时,操作对象一般会变为准备执行(如果您自定义isReady方法的行为,操作的准备就绪由您设置的标准来决定)。如果操作对象在队列中,队列可能随时开始执行操作。如果您打算手动执行操作,将由您来调用操作的start方法。

重要提示:在运行操作或者将它们添加到队列之前您应该总是先配置依赖关系。在之后添加依赖关系可能阻止操作对象运行。

每当操作对象的状态改变时,每个操作对象发出适当的KVO通知,依赖关系就依靠这些通知。如果您自定义操作对象的行为,为了避免引发依赖问题,您可能需要从自定义代码发送适当的KVO通知。更多有关KVO通知和操作对象的信息,请参阅维持KVO规范。有关配置依赖关系的其他信息,见NSOperation类参考

改变操作的执行优先级

对于添加到队列的操作,执行顺序首先由排队的准备就绪的操作来决定,其次取决于他们的相对优先级。准备就绪由操作依赖的其他操作来决定,但是优先级是操作对象本身的一个属性。默认情况下,所有新的操作对象都有一个“标准”优先级,但是您可以根据需要通过调用对象的setQueuePriority:方法来增加或者减少优先级。

优先级只适用于同一个操作队列里的操作。如果您的应用程序有多个操作队列,队列自己的每个对象的优先级与其他任何队列无关。因此,在不同队列中,低优先级的操作仍然有可能早于高优先级的操作执行。

优先级并不是依赖的替代者。优先级只决定队列中当前为准备状态的操作开始执行的顺序。例如,如果一个队列包含一个高优先级操作和一个低优先级操作,并且两个操作都为准备状态,队列先执行高优先级操作。然而,如果高优先级操作不是准备状态,而低优先级是准备状态,队列先执行低优先级操作。如果您想要阻止一个操作开始,直到另外一个操作结束,您必须使用依赖关系(如配置相互依赖关系中所述)代替。

改变底层线程优先级

在OS X v10.6及以后,可以配置操作的底层线程的优先级。在系统中,线程策略本身由内核管理,但通常高优先级线程比低优先级线程被给予更多的机会来运行。在一个操作对象中,您使用0.0到1.0范围的一个浮点型值来指定线程的优先级,0.0代表最低优先级,而1.0代表最高优先级。如果您不指定一个明确的线程优先级,操作以默认的线程优先级0.5运行。

为了设置线程的优先级,您必须在添加操作对象到队列(或者手动执行)之前调用操作对象的setThreadPriority:方法。当需要执行操作时,默认的start方法使用您指定的值来改变当前线程的优先级。这个新的优先级只保持操作对象main方法持续的时长。所有其他代码(包括操作对象的结束块)使用默认线程优先级运行。如果您创建一个并发操作,因此覆盖start方法,您必须自己配置线程优先级。

注意:threadPriority属性在iOS8.0以后被废弃,使用qualityOfService代替。它是位于NSObjCRuntime.h中的NSQualityOfService枚举。

/* 以下服务质量(QoS)分类用于向系统指示工作的性质和重要性。它们被系统用于管理各种资源。在资源争用期间,较高的QoS类别比较低的QoS类别接收更多的资源 */
typedef NS_ENUM(NSInteger, NSQualityOfService) {
  	/* UserInteractive QoS用于直接涉及提供交互式UI的工作,例如处理事件或绘制到屏幕 */
    NSQualityOfServiceUserInteractive = 0x21,
    
  	/* UserInitiated QoS用于执行已经由用户明确请求的工作,并且为了允许进一步的用户交互,必须立即呈现结果。例如,用户在邮件列表中选择电子邮件后加载电子邮件 */
    NSQualityOfServiceUserInitiated = 0x19,
    
  	/* Utility QoS用于执行用户不太可能立即等待结果的工作。该工作可能已经由用户请求或自动启动,不阻止用户进一步交互,通常在用户可见的时间段操作,并且可以通过非模态进度指示器向用户指示其进度。这项工作将以节能的方式运行,以便在资源受到约束时遵循更高的QoS工作。例如,定期内容更新或批量文件操作,如介质导入 */
    NSQualityOfServiceUtility = 0x11,

  	/* Background QoS用于不是用户启动或可见的工作。一般来说,用户甚至不知道这项工作发生,它将以最有效的方式运行,同时给予更高的QoS工作最大的尊重。例如,预取内容,搜索索引,备份以及与外部系统同步数据 */
    NSQualityOfServiceBackground = 0x09,

  	/* Default QoS表示没有QoS信息。随时可能从其他资源推断QoS信息。如果这样的推断是不可能的,将使用UserInitiated和Utility之间的QoS。 */
    NSQualityOfServiceDefault = -1
} NS_ENUM_AVAILABLE(10_10, 8_0);

设置完成块

在OS X v10.6及以后,当操作的主任务执行结束的时候可以执行一个完成块。您可以使用一个结束块来执行任何您认为不是主任务部分的工作。例如,您可能使用这个块来通知感兴趣的用户操作本身已经完成。一个并发操作对象可能使用这个块来生成它最后的KVO通知。

使用NSOperationsetCompletionBlock:方法来设置完成块。传递到这个方法的块不应该有参数和返回值。

实现操作对象的小贴士

虽然操作对象的实现相当简单,但当您写自己的代码的时候,有一些事情也应该注意。当为您的操作对象写代码时,您应该考虑下面部分描述的因素。

管理操作对象内存

下面部分描述了在操作对象中内存管理的关键因素。在Objective-C程序中关于内存管理的一般信息,请参阅高级内存管理编程指南

避免Per-Thread存储

尽管大多数操作执行在线程上,在非并发操作的情况下,该线程通常是由操作队列提供。如果操作队列为您提供一个线程,您应该认为线程为队列所拥有,而不应被您的操作触碰。特别是,您永远不要关联任何数据到不是您自己创建或者管理的线程上。由操作队列管理的线程根据系统和您的应用程序的需要进出。因此,使用per-thread存储在操作间传递数据是不可靠的而且可能会失败。

在操作对象的时候,在任何情况下都不应该以任何原因来使用per-thread存储。当您初始化一个操作对象时,您应该为对象提供处理工作所需要的所有东西。因此,操作对象自身提供您需要的上下文存储。所有的传入传出数据都应该存储在那里,直到它可以被完整的返回到您的应用程序或者不再需要。

根据需要保留对操作对象的引用

只因为操作对象异步运行,您不应当认为您可以创建他们并遗忘他们。他们也是对象,并由您根据代码需要来决定对他们的任何引用。如果您需要在操作对象执行结束后从对象取回结果数据,这将十分重要。

您应该总是保持对操作对象的引用,其原因是稍后您可能没有机会向队列询问对象。队列竭尽全力尽快调度和执行操作。在大多数情况下,操作被加入到队列后,队列几乎马上开始执行操作。当您自己的代码返回到队列获去对操作引用时候,操作可能已经结束并从队列中移除。

处理错误和异常

因为操作本质上是应用程序中离散的实体,他们有责任处理产生的错误或者异常。在OS X v10.6及以后,NSOperation类提供的默认start方法不捕获异常(在OS X v10.5, start方法捕获并处理异常)。您自己的代码应该总是直接捕获并处理异常。还应该检查错误码,并根据需要通知应用程序的相应部分。如果您替换start方法,在自定义实现中必须同样捕获任何异常,以防止它们离开底层线程的上下文。

在这些类型的错误情况下,您应当处理以下几种:

如果您的自定义代码遇到异常或者错误,您应当根据需要采取任何步骤来传递错误到程序的其余部分。NSOperation类没有为传递错误结果码或者异常提供明确的方法。因此,如果这些信息对您的应用程序非常重要,您必须提供必须要的代码。

为操作对象确定合适的范围

虽然有可能添加一个任意大数量的操作到到操作队列,但这样做往往是不切实际的。像任何对象一样,NSOperation类的实例消耗内存,以及和自己执行相关的实际成本。如果每个操作对象只做少量的工作,创建成千上万个操作,您可能会发现调度操作比做实际工作花费更多的时间。如果您的应用程序已经内存受限,您可能会发现内存中只有成千上万的操作,可能进一步降低性能。

高效使用操作的关键是在您需要处理的工作数量和保持电脑忙碌之间找到一个合适的平衡。尽量确保您的操作处理合理数量的工作。例如,如果您的应用程序创建100个操作对象在100个不同值上执行相同的任务,可以考虑创建10个操作对象,每个处理10个值来代替。

您也应该避免一次性向操作队列添加大量操作,或者避免连续向队列添加操作对象的速度比操作对象能够被处理的速度快。应该批量创建操作对象,而不是用操作对象充满队列。随着一批执行结束,使用结束块告诉您的应用程序创建一个新批次。当你有许多工作需要处理,你想要队列保持充满足够多的操作,使计算机保持忙碌,但你千万不要想一次创建如此多的操作,这样您的应用程序会用完内存。

当然,您创建的操作对象的数量,在每个操作对象中执行工作的数量,是可变的并且完全取决于您的应用程序。您应该总是使用工具例如Instrument来帮助您在效率和速度之间找到合适的平衡。您可以使用Instrument和其他性能工具为您的代码收集指标,请参阅性能概述

执行操作

最终,为了处理关联的工作,您的应用程序需要执行操作。在这一部分中,将介绍几种方式来执行操作,以及怎么在运行时巧妙处理操作。

添加操作到操作队列

到目前为止,执行操作最简单的方式是使用操作队列,它是NSOperationQueue类的实例。您的应用程序负责创建和维护任何它打算使用的操作队列。一个应用程序可以有任意数量的队列,但在给定的时间点,有多少操作可能执行是有实际限制的。操作队列和系统一起工作,限制并发操作的数量到一个适合于可以用核心和系统负载的值。因此,创建更多的队列并不意味着可以执行更多操作。

要创建一个队列,您在应用程序中分配它,就和其他任何对象一样:

NSOperationQueue* aQueue = [[NSOperationQueue alloc] init];

要将操作添加到队列,需要使用addOperation:方法。在OS X v10.6及以后,您可以使用addOperations:waitUntilFinished:方法添加一组操作,或者使用addOperationWithBlock:方法直接将块对象添加到队列(没有相关的操作对象)。每个方法对操作进行排队并通知队列应该开始处理他们。在大多情况下,操作被添加到队列后不久就被执行,但因为一些原因操作队列可能延迟执行排队的操作。特别是,如果排队的操作依赖于尚未完成的其他操作,操作可能被延迟。如果操作队列本身被暂停或已经执行到并发操作的最大值,执行也有可能被延迟。下面例子显示了添加操作到队列的基本语法。

[aQueue addOperation:anOp]; // Add a single operation
[aQueue addOperations:anArrayOfOps waitUntilFinished:NO]; // Add multiple operations
[aQueue addOperationWithBlock:^{
   /* Do something. */
}];

重要提示:千万不要修改已经被添加到队列后的操作对象。在队列中等待时,操作可能随时开始执行,因此改变依赖或者它包含的数据可能会有不利影响。如果想要知道操作对象的状态,可以使用NSOperation类的方法来确定操作正在运行,等待运行或者已经结束。

虽然NSOperationQueue类是为操作并发执行设计的,也可以强制单个队列每次只运行一个操作。setMaxConcurentOperationCount:方法可以配置操作队列并发操作的最大值。传递1到这个方法会导致队列每次只执行一个操作。虽然可以每次只执行一个操作,执行顺序仍然基于其他因素,如每个操作的准备就绪状态和分配给它的优先级。因此,一个连续的操作队列不能够和GCD的串行调度队列提供完全一样的行为。如果操作对象的执行顺序对您来说非常重要,您应当在添加对象到队列之前使用依赖关系来建立这个顺序。有关配置依赖关系的信息,请参阅配置相互依赖关系

有关使用操作队列的信息,请参阅NSOperationQueue类参考。有关串行调度队列的详细信息,请参阅创建串行调度队列

手动执行操作

虽然操作队列是运行操作对象最简单的方法,但也可以不使用队列来执行操作。如果您选择手动执行操作,但是,有些注意事项在代码中应当考虑进去。尤其是,操作必须准备好运行,并且您必须使用它的start方法启动它。

操作不被认为能够运行,直到它的isReady方法返回YES。isReady方法被集成到NSOperation类的依赖管理系统中,提供操作对象的依赖关系状态。只有当它的依赖被清除,操作才可以不受约束的开始执行。

当手动执行一个操作,您应当使用start方法来开始执行。使用这个方法,而不是main或者其他方法,是因为start方法在实际运行您自定义代码之前执行多项安全检查。特别是,默认start方法生成操作需要正确处理依赖关系的KVO通知。如果操作已经被取消,这个方法也能够正确的避免操作执行,并且,如果您的操作实际上没有准备好运行,则抛出异常。

如果您的应用程序定义并发操作对象,在启动操作之前,您也应当考虑调用操作的isConcurrent方法。在这个方法返回NO的情况下,您本地代码可以决定是否在当前线程同步执行操作,或者首先创建一个单独的线程。然而,实现这种检查完全取决于您。

下面代码展示一个手动执行操作前,进行检查的简单例子。如果方法返回NO,您应该安排一个计时器并且稍后重新调用这个方法。稍后您可能会重新安排计时器直到方法返回YES,因为操作被取消这种情况可能会发生。

- (BOOL)performOperation:(NSOperation*)anOp {
   BOOL ranIt = NO;
 
   if ([anOp isReady] && ![anOp isCancelled]) {
      if (![anOp isConcurrent])
         [anOp start];
      else
         [NSThread detachNewThreadSelector:@selector(start)
                   toTarget:anOp withObject:nil];
      ranIt = YES;
   } else if ([anOp isCancelled]) {
      // If it was canceled before it was started,
      //  move the operation to the finished state.
      [self willChangeValueForKey:@"isFinished"];
      [self willChangeValueForKey:@"isExecuting"];
      executing = NO;
      finished = YES;
      [self didChangeValueForKey:@"isExecuting"];
      [self didChangeValueForKey:@"isFinished"];
 
      // Set ranIt to YES to prevent the operation from
      // being passed to this method again in the future.
      ranIt = YES;
   }
   return ranIt;
}

取消操作

一旦被添加到操作队列,操作对象实际上是被队列所拥有,并且不能够被移除。将操作出队的唯一方法就是取消它。您可以通过调用操作对象的cancel方法来取消一个单独的操作对象,或者您可以通过调用队列对象的cancelAllOperations方法来取消队列里所有的操作对象。

只有当您确信不再需要他们时,您才能取消操作。发出取消命令将操作对象设置为“canceled”状态,这将阻止它永远执行。因为一个取消的操作也被认为是“finished”,依赖于它的对象接收适当的KVO通知来清除依赖。因此,为了响应一些特殊事件,例如退出应用程序或者用户专门要求取消,更常见的是取消队列里的所有操作而不是有选择的取消操作。

等待操作完成

为了获得最佳性能,您应该尽可能设计自己的操作为异步的,当操作执行的时候,让您的应用程序自由的去做其他工作。如果创建操作的代码也将处理操作的结果,您可以使用NSOperationwaitUntilFinished方法,以阻止该代码,直到操作完成。一般情况下,如果您有其他方法,最好避免使用此方法。阻塞当前线程可能是一个方便的解决方案,但是它确实引入了更多串行化到您的代码中,并限制并发的总数量。

重要提示:永远不要等待您的应用程序的主线程的操作。您应当只从辅助线程或者其他操作中这么做。阻塞主线程会阻止应用程序响应用户事件,且可能使您的应用程序表现为无响应。

除了等待一个操作完成,您也可以在一个队列中通过调用NSOperationQueuewaitUntilAllOperationAreFinished方法来等待所有的操作。当等待整个队列完成时,请注意,您应用程序的其他线程仍然可以添加操作到队列,从而延长了等待。

暂停与恢复队列

如果您想操作的执行临时停止,您可以使用setSuspended:方法暂停相应的操作队列。暂停队列并不能够使已经在执行中的操作暂停它们的任务。它仅仅阻止新的操作被调度执行。您可能响应用户的请求暂停队列来暂停正在进行的工作,因为用户可能最终想要继续工作。

参考:

https://developer.apple.com/library/content/documentation/General/Conceptual/ConcurrencyProgrammingGuide/OperationObjects/OperationObjects.html



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