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

 

- (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

 

-(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：

 

[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

 

- (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

 

- (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

 

- (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

    {

      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，

 

- (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：

 

[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。