文章目录
  1. 1. NSOperation, NSOperationQueue原理探析
    1. 1.1. 示例程序
    2. 1.2. 初探
    3. 1.3. 总结
    4. 1.4. 最后

NSOperation, NSOperationQueue原理探析

通过GNUstep的Foundation来尝试探索下NSOperation,NSOperationQueue

示例程序

写一个简单的程序

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- (void)viewDidLoad {
[super viewDidLoad];
// Do any additional setup after loading the view, typically from a nib.

[self configurationQueue];
LDNSOperation *operation = [[LDNSOperation alloc] init];
[self.operationQueue addOperation:operation];
[NSThread sleepForTimeInterval:3];
[operation cancel];

}

-(void)configurationQueue{
self.operationQueue = [[NSOperationQueue alloc] init];
self.operationQueue.maxConcurrentOperationCount = 4;
}

LDNSOperation为NSOperation的子类,重写strat方法

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-(void)start{
while (true) {
if(self.cancelled){
NSLog(@"已经取消");
return;
}
NSLog(@"start");
[NSThread sleepForTimeInterval:1];
}
}

实现的效果很简单,打印三个strat,然后结束operation。

初探

根据阅读GNU的源码,也只能是猜想,但是尝试了很多方法,没有找到可以验证的方案,但是实现原理上还是有很多相似处的。

NSOperation有三种状态,isReady, isExecuting, isFinished.

很多其他的参数也会随着NSOperationQueue的addOperation操作而变化着。

例如:

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[self.operationQueue addOperation:operation];

添加一个未完成的NSOperation,其实就是将NSOperation添加到一个动态数组当中

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- (void) addOperation: (NSOperation *)op
{
if (op == nil || NO == [op isKindOfClass: [NSOperation class]])
{
[NSException raise: NSInvalidArgumentException
format: @"[%@-%@] object is not an NSOperation",
NSStringFromClass([self class]), NSStringFromSelector(_cmd)];
}
[internal->lock lock];
if (NSNotFound == [internal->operations indexOfObjectIdenticalTo: op]
&& NO == [op isFinished])
{
[op addObserver: self
forKeyPath: @"isReady"
options: NSKeyValueObservingOptionNew
context: NULL];
[self willChangeValueForKey: @"operations"];
[self willChangeValueForKey: @"operationCount"];
[internal->operations addObject: op];
[self didChangeValueForKey: @"operationCount"];
[self didChangeValueForKey: @"operations"];
if (YES == [op isReady])
{
[self observeValueForKeyPath: @"isReady"
ofObject: op
change: nil
context: nil];
}
}
[internal->lock unlock];
}

internal就是一个内部类,指代的就是NSOperationQueue,这里也是一个KVO的手动通知,进行operations,与operationCount的改变通知。

这里lock是NSRecursiveLock(递归锁),原因我猜测是因为递归锁的特性是可以被同一线程多次请求,而不会引起死锁。同一线程的多次addOperation操做情况还是很多的。

每一次属性的变化,都伴随着其他属性的改变

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- (void) observeValueForKeyPath: (NSString *)keyPath
ofObject: (id)object
change: (NSDictionary *)change
context: (void *)context
{
[internal->lock lock];
if (YES == [object isFinished])
{
internal->executing--;
[object removeObserver: self
forKeyPath: @"isFinished"];
[internal->lock unlock];
[self willChangeValueForKey: @"operations"];
[self willChangeValueForKey: @"operationCount"];
[internal->lock lock];
[internal->operations removeObjectIdenticalTo: object];
[internal->lock unlock];
[self didChangeValueForKey: @"operationCount"];
[self didChangeValueForKey: @"operations"];
}
else if (YES == [object isReady])
{
[object removeObserver: self
forKeyPath: @"isReady"];
[internal->waiting addObject: object];
[internal->lock unlock];
}
[self _execute];
}

其实在maxConcurrentOperationCount和suspended的setter方法里面都会调用_execute方法,以及在其他属性如operationCount、operations、值发生变化的时候都会调用它。

那么_execute究竟是什么?

整个源码都拿上来

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- (void) _execute
{
NSInteger max;

[internal->lock lock];

max = [self maxConcurrentOperationCount];
if (NSOperationQueueDefaultMaxConcurrentOperationCount == max)
{
max = maxConcurrent;
}

while (NO == [self isSuspended]
&& max > internal->executing
&& [internal->waiting count] > 0)
{
NSOperation *op;
op = [internal->waiting objectAtIndex: 0];
[internal->waiting removeObjectAtIndex: 0];
[op addObserver: self
forKeyPath: @"isFinished"
options: NSKeyValueObservingOptionNew
context: NULL];
internal->executing++;
if (YES == [op isConcurrent])
{
[op start];
}
else
{
NSUInteger pending;

[internal->cond lock];
pending = [internal->starting count];
[internal->starting addObject: op];
if (0 == internal->threadCount
|| (pending > 0 && internal->threadCount < POOL))
{
internal->threadCount++;
[NSThread detachNewThreadSelector: @selector(_thread)
toTarget: self
withObject: nil];
}
/* Tell the thread pool that there is an operation to start.
*/
[internal->cond unlockWithCondition: 1];
}
}
[internal->lock unlock];
}

从源码中可以看到,根据isConcurrent分为直接执行,和非直接执行,isConcurrent为YES的话可以直接执行start操作,但是如果isConcurrent为NO,那么这里使用detachNewThreadSelector来创建新的线程去执行start。

总结下来:

  • 所有的线程都很忙,并且没有达到threadCount的最大值的时候会创建新的线程,这代表queue并不是一个线程,也有可能有几个
  • _execute就是一个执行队列,依次将等待队列里面的所有operation进行start。

其实对于start函数来说的话,一个NSOperation并没有新创建一条线程,依然操作在[NSThread currentThread]中,感兴趣可以去做一下测试。从源码中也是可以看出来的,

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- (void) start
{
NSAutoreleasePool *pool = [NSAutoreleasePool new];
double prio = [NSThread threadPriority];

[internal->lock lock];
NS_DURING
{
if (YES == [self isConcurrent])
{
[NSException raise: NSInvalidArgumentException
format: @"[%@-%@] called on concurrent operation",
NSStringFromClass([self class]), NSStringFromSelector(_cmd)];
}
if (YES == [self isExecuting])
{
[NSException raise: NSInvalidArgumentException
format: @"[%@-%@] called on executing operation",
NSStringFromClass([self class]), NSStringFromSelector(_cmd)];
}
if (YES == [self isFinished])
{
[NSException raise: NSInvalidArgumentException
format: @"[%@-%@] called on finished operation",
NSStringFromClass([self class]), NSStringFromSelector(_cmd)];
}
if (NO == [self isReady])
{
[NSException raise: NSInvalidArgumentException
format: @"[%@-%@] called on operation which is not ready",
NSStringFromClass([self class]), NSStringFromSelector(_cmd)];
}
if (NO == internal->executing)
{
[self willChangeValueForKey: @"isExecuting"];
internal->executing = YES;
[self didChangeValueForKey: @"isExecuting"];
}
}
NS_HANDLER
{
[internal->lock unlock];
[localException raise];
}
NS_ENDHANDLER
[internal->lock unlock];

NS_DURING
{
if (NO == [self isCancelled])
{
[NSThread setThreadPriority: internal->threadPriority];
[self main];
}
}
NS_HANDLER
{
[NSThread setThreadPriority: prio];
[localException raise];
}
NS_ENDHANDLER;

[self _finish];
[pool release];
}

总结

整个过程伴随着很多属性的变化,同步这些属性,KVO在其中起着举足轻重的作用,通过源码也可以发现,NSOperationQueue对NSOperation的处理分为并发和非并发的情况。如果不想采用非并发的形式,我们可以直接自定义子类化,在NSOperationQueue中添加,并且管理就可以了,功能类似线程池的用法。

但是如果想要自定义的NSOperation是并发的仅仅是重写isExecuting、isFinished、isConcurrent、isAsynchronous 这四个方法,isAsynchronous反回YES就可以了吗?

从源码中我们可以看到,NSOperation的start依然使用的[NSThread currentThread]。所以依然需要自己创建,例如:

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[NSThread detachNewThreadSelector:@selector(start) toTarget:self withObject:nil];

现在来思考下,也就明白了为什么NSOperationQueue要有两种处理方式了,如果NSOperation支持并发,然后NSOperationQueue在为其分配线程,那就是线程里面又跑了一条线程,这样就很尴尬了,通过isConcurrent可以避免这种现象。

通常在大多数时候我们并不会直接去使用自定义的 NSOperation ,如果操作不复杂,可以直接使用 NSInvocationOperation 和 NSBlockOperation 这两个子类。

如果真的需要使用多线程,通常都会用 NSOperationQueue来处理就可以了。

这里也是仅仅简单的探索了一下,上面的源码是封装的NSThread,但是Apple的实现可能封装的不是NSThread,因为断点后并没有看到跟NSThread相关的东西,还是有很多细节需要去推敲。

最后

我相信GNU的Foundation与Apple的Foundation的实现还是有一些相似处的,以上就是一些对应的猜想,但是有一些地方还没有验证

例如:源码中看出一个队列里对于非并发操作最多允许8个线程,但是我自己试了试,貌似不是这个样子。可能是我的方法不对

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  1. 1. NSOperation, NSOperationQueue原理探析
    1. 1.1. 示例程序
    2. 1.2. 初探
    3. 1.3. 总结
    4. 1.4. 最后