iOS Principle:Thread

进程(Process)是计算机中的程序关于某数据集合上的一次运行活动,是系统进行资源分配和调度的基本单位,是操作系统结构的基础~


👨🏻‍💻 Github Demo

方便记忆:

  • 进程和线程:进程是饭馆、线程是工作人员
  • 线程的执行:1个线程中任务的执行是串行的
  • 多线程并发执行:CPU快速地在多条线程之间调度
  • iOS 多线程
    • pthread:c语言的通用api,跨平台、难度大、非自动管理生命周期
    • NSThread:面向对象的非自动管理生命周期
    • GCD:利用设备的多核自动管理生命周期
    • NSOperation、NSOperationQueue:封装GCD,加强依赖关系、监控状态、并发管理
  • 常用安全锁:@synchronized{}、[self.lock lock]

相关概念

进程

进程是指在系统中正在运行的一个应用程序。每个进程之间是独立的,每个进程均运行在其专用且受保护的内存空间内。

线程

线程和进程的关系

1个进程要想执行任务,必须得有线程(每1个进程至少要有1条线程),线程是进程的基本执行单元,一个进程(程序)的所有任务都在线程中执行。

线程内部是串行执行的?

1个线程中任务的执行是串行的,如果要在1个线程中执行多个任务,那么只能一个一个地按顺序执行这些任务。也就是说,在同一时间内,1个线程只能执行1个任务。

多线程

即1个进程中可以开启多条线程,每条线程可以并行(同时)执行不同的任务。比如同时开启3条线程分别下载3个文件(分别是文件A、文件B、文件C)。

多线程并发执行的原理?

在同一时间里,CPU只能处理1条线程,只有1条线程在工作(执行)。多线程并发(同时)执行,其实是CPU快速地在多条线程之间调度(切换),如果CPU调度线程的时间足够快,就造成了多线程并发执行的假象。

多线程的优缺点?

优点:

  • 1)能适当提高程序的执行效率。
  • 2)能适当提高资源利用率(CPU、内存利用率)

缺点:

  • 1)开启线程需要占用一定的内存空间(默认情况下,主线程占用1M,子线程占用512KB),如果开启大量的线程,会占用大量的内存空间,降低程序的性能。
  • 2)线程越多,CPU在调度线程上的开销就越大。
  • 3)程序设计更加复杂:比如线程之间的通信、多线程的数据共享

多线程在 iOS 开发中的应用

iOS 的主线程?

一个 iOS 程序运行后,默认会开启1条线程,称为“主线程”或“UI线程”,用于刷新显示UI,处理UI事件。

不要将耗时操作放到主线程中去处理,会卡住线程。

iOS 的多线程?

1)第一种:pthread

特点:

  • 一套通用的多线程API
  • 适用于Unix\Linux\Windows等系统
  • 跨平台\可移植
  • 使用难度大

使用语言:c语言

使用频率:几乎不用

线程生命周期:由程序员进行管理

2)第二种:NSThread

特点:

  • 使用更加面向对象
  • 简单易用,可直接操作线程对象

使用语言:OC语言

使用频率:偶尔使用

线程生命周期:由程序员进行管理

3)第三种:GCD

特点:

  • 旨在替代NSThread等线程技术
  • 充分利用设备的多核(自动)

使用语言:OC语言

使用频率:经常使用

线程生命周期:自动管理

4)第四种:NSOperation

特点:

  • 基于GCD(底层是GCD)
  • 比GCD多了一些更简单实用的功能
  • 使用更加面向对象

对比 GCD 的优点:

  • 在NSOperationQueue中,可以建立各个NSOperation之间的依赖关系
  • 有KVO,可以监测operation是否正在执行(isExecuted)、是否结束(isFinished),是否取消(isCanceld)
  • NSOperationQueue可以方便的管理并发、NSOperation之间的优先级

使用语言:OC语言

使用频率:经常使用

线程生命周期:自动管理

代码示例

由于要使用一些 c 来演示,先说明些规范,防懵逼 😳

  • 1.在c语言中,没有对象的概念,对象类型是以-t/Ref结尾的;
  • 2.c语言中的void * 和OC的id是等价的;
  • 3.在混合开发时,如果在 C 和 OC 之间传递数据,需要使用 __bridge 进行桥接,桥接的目的就是为了告诉编译器如何管理内存,MRC 中不需要使用桥接;
  • 4.在 OC 中,如果是 ARC 开发,编译器会在编译时,根据代码结构, 自动添加 retain/release/autorelease。但是,ARC 只负责管理 OC 部分的内存管理,而不负责 C 语言 代码的内存管理。因此,开发过程中,如果使用的 C 语言框架出现retain/create/copy/new 等字样的函数,大多都需要 release,否则会出现内存泄漏。

pthread 基本使用

需要引入 pthread 头文件

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#import <pthread.h>

使用 pthread_create 方法

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/**
pthread_create(<#pthread_t _Nullable *restrict _Nonnull#>, <#const pthread_attr_t *restrict _Nullable#>, <#void * _Nullable (* _Nonnull)(void * _Nullable)#>, <#void *restrict _Nullable#>)
参数:
1.指向线程标识符的指针,C 语言中类型的结尾通常 _t/Ref,而且不需要使用 *;
2.用来设置线程属性;
3.指向函数的指针,传入函数名(函数的地址),线程要执行的函数/任务;
4.运行函数的参数;
*/

完整代码

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{
//1.创建线程对象
pthread_t thread;

//2.创建线程
NSString *param = @"参数";
int result = pthread_create(&thread, NULL, task, (__bridge void *)(param));
result == 0?NSLog(@"success"):NSLog(@"failure");

//3.设置子线程的状态设置为detached,则该线程运行结束后会自动释放所有资源,或者在子线程中添加 pthread_detach(pthread_self()),其中pthread_self()是获得线程自身的id
pthread_detach(thread);
}
void *task(void * param) {
//在此做耗时操作
NSLog(@"new thread : %@ 参数是: %@",[NSThread currentThread],(__bridge NSString *)(param));
return NULL;
}

NSThread 基本使用

1.1)第一种 创建线程的方式:alloc init.

特点:需要手动开启线程,可以拿到线程对象进行详细设置

  • 第一个参数:目标对象
  • 第二个参数:选择器,线程启动要调用哪个方法
  • 第三个参数:前面方法要接收的参数(最多只能接收一个参数,没有则传nil)
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NSThread *thread = [[NSThread alloc]initWithTarget:self selector:@selector(run) object:@"wendingding"];
//启动线程
[thread start];

1.2)第二种 创建线程的方式:分离出一条子线程

特点:自动启动线程,无法对线程进行更详细的设置

  • 第一个参数:线程启动调用的方法
  • 第二个参数:目标对象
  • 第三个参数:传递给调用方法的参数
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[NSThread detachNewThreadSelector:@selector(run) toTarget:self withObject:@"我是分离出来的子线程"];

1.3)第三种 创建线程的方式:后台线程

特点:自动启动县城,无法进行更详细设置

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[self performSelectorInBackground:@selector(run) withObject:@"我是后台线程"];

2)常用的控制线程方法

为线程命名,以便区分

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//设置线程的名称
thread.name = @"线程A";

设置优先级,取值范围为0.0~1.0之间,1.0表示线程的优先级最高,如果不设置该值,那么理想状态下默认为0.5

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//设置线程的优先级
thread.threadPriority = 1.0;

退出当前线程

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//退出当前线程
[NSThread exit];

线程的各种状态:新建-就绪-运行-阻塞-死亡,阻塞线程方法来了

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[NSThread sleepForTimeInterval:2.0]; //阻塞线程
[NSThread sleepUntilDate:[NSDate dateWithTimeIntervalSinceNow:2.0]]; //阻塞线程
//注意:线程死了不能复生

3)线程安全

  • 前提:多个线程访问同一块资源会发生数据安全问题
  • 解决方案:加互斥锁
  • 相关代码:@synchronized(self){}
  • 专业术语-线程同步
  • 原子和非原子属性(是否对setter方法加锁)

死锁:是指两个或两个以上的进程在执行过程中,因争夺资源而造成的一种互相等待的现象,若无外力作用,它们都将无法推进下去。

产生死锁的四个必要条件:

  • 互斥条件:一个资源每次只能被一个进程使用。
  • 占有且等待:一个进程因请求资源而阻塞时,对已获得的资源保持不放。
  • 不可强行占有:进程已获得的资源,在末使用完之前,不能强行剥夺。
  • 循环等待条件:若干进程之间形成一种头尾相接的循环等待资源关系。

产生死锁的原因主要是:

  • 因为系统资源不足。
  • 进程运行推进的顺序不合适。
  • 资源分配不当等。

售票员售票问题

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@interface NSThreadSafeViewController ()
//三只售票员🐱🐶🐭
@property (nonatomic, strong) NSThread *thread01;
@property (nonatomic, strong) NSThread *thread02;
@property (nonatomic, strong) NSThread *thread03;
//总票数
@property(nonatomic, assign) NSInteger totalticket;
@end

@implementation NSThreadSafeViewController

- (void)viewDidLoad {
[super viewDidLoad];

//假设有10张票
self.totalticket = 10;

//创建线程
self.thread01 = [[NSThread alloc]initWithTarget:self selector:@selector(saleTicket) object:nil];
self.thread01.name = @"小🐱";

self.thread02 = [[NSThread alloc]initWithTarget:self selector:@selector(saleTicket) object:nil];
self.thread02.name = @"小🐶";

self.thread03 = [[NSThread alloc]initWithTarget:self selector:@selector(saleTicket) object:nil];
self.thread03.name = @"小🐭";
}
- (void)touchesBegan:(NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(UIEvent *)event {
//启动线程
[self.thread01 start];
[self.thread02 start];
[self.thread03 start];
}
//售票
- (void)saleTicket {
while (1) {
//2.加互斥锁
@synchronized(self) {
[NSThread sleepForTimeInterval:0.03];
//1.先查看余票数量
NSInteger count = self.totalticket;
if (count > 0) {
self.totalticket = count - 1;
NSLog(@"%@卖出去了一张票,还剩下%zd张票",[NSThread currentThread].name,self.totalticket);
} else {
NSLog(@"%@发现当前票已经买完了--",[NSThread currentThread].name);
break;
}
}
}
}

运行结果

4)NSThread 线程间通信(子线程加载图片完成通知主线程更新UI)

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- (void)touchesBegan:(nonnull NSSet<UITouch *> *)touches withEvent:(nullable UIEvent *)event {
//开启一条子线程来下载图片
[NSThread detachNewThreadSelector:@selector(downloadImage) toTarget:self withObject:nil];
}
- (void)downloadImage {
//1.确定要下载网络图片的url地址,一个url唯一对应着网络上的一个资源
NSURL *url = [NSURL URLWithString:@"http://p6.qhimg.com/t01d2954e2799c461ab.jpg"];

//2.根据url地址下载图片数据到本地(二进制数据
NSData *data = [NSData dataWithContentsOfURL:url];

//3.把下载到本地的二进制数据转换成图片
UIImage *image = [UIImage imageWithData:data];

//4.回到主线程刷新UI
//4.1 第一种方式
// [self performSelectorOnMainThread:@selector(showImage:) withObject:image waitUntilDone:YES];

//4.2 第二种方式
// [self.imageView performSelectorOnMainThread:@selector(setImage:) withObject:image waitUntilDone:YES];

//4.3 第三种方式
[self.imageView performSelector:@selector(setImage:) onThread:[NSThread mainThread] withObject:image waitUntilDone:YES];
}

5)特殊用法(计算代码段的执行时间)

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NSURL *url = [NSURL URLWithString:@"http://p6.qhimg.com/t01d2954e2799c461ab.jpg"];

//第一种方法
NSDate *start = [NSDate date];
//2.根据url地址下载图片数据到本地(二进制数据)
NSData *data = [NSData dataWithContentsOfURL:url];

NSDate *end = [NSDate date];
NSLog(@"第二步操作花费的时间为%f",[end timeIntervalSinceDate:start]);


//第二种方法
CFTimeInterval start = CFAbsoluteTimeGetCurrent();
NSData *data = [NSData dataWithContentsOfURL:url];

CFTimeInterval end = CFAbsoluteTimeGetCurrent();
NSLog(@"第二步操作花费的时间为%f",end - start);

GCD 基本使用

1)GCD 核心概念

  • 队列和任务
  • 同步函数和异步函数

2)GCD 组合拳 🤣

异步函数:

  • 异步函数+并发队列:开启多条线程,并发执行任务
  • 异步函数+串行队列:开启一条线程,串行执行任务

同步函数:

  • 同步函数+并发队列:不开线程,串行执行任务
  • 同步函数+串行队列:不开线程,串行执行任务

主队列:

  • 异步函数+主队列:不开线程,在主线程中串行执行任务
  • 同步函数+主队列:不开线程,串行执行任务(注意死锁发生)

3)GCD 线程间通信

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//0.获取一个全局的队列
dispatch_queue_t queue = dispatch_get_global_queue(0, 0);
//1.先开启一个线程,把下载图片的操作放在子线程中处理
dispatch_async(queue, ^{
//2.下载图片
NSURL *url = [NSURL URLWithString:@"http://h.hiphotos.baidu.com/zhidao/pic/item/6a63f6246b600c3320b14bb3184c510fd8f9a185.jpg"];
NSData *data = [NSData dataWithContentsOfURL:url];
UIImage *image = [UIImage imageWithData:data];

NSLog(@"下载操作所在的线程--%@",[NSThread currentThread]);

//3.回到主线程刷新UI
dispatch_async(dispatch_get_main_queue(), ^{
self.imageView.image = image;
//打印查看当前线程
NSLog(@"刷新UI---%@",[NSThread currentThread]);
});
});

4)GCD 常用小功能

栅栏函数(控制任务的执行顺序)

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dispatch_barrier_async(queue, ^{
NSLog(@"--dispatch_barrier_async-");
});

延迟执行(延迟·控制在哪个线程执行)

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dispatch_after(dispatch_time(DISPATCH_TIME_NOW, (int64_t)(2.0 * NSEC_PER_SEC)), dispatch_get_global_  queue(DISPATCH_QUEUE_PRIORITY_DEFAULT, 0), ^{
NSLog(@"---%@",[NSThread currentThread]);
});

一次性代码(注意不能放到懒加载)

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- (void)once {
//整个程序运行过程中只会执行一次
//onceToken用来记录该部分的代码是否被执行过
static dispatch_once_t onceToken;
dispatch_once(&onceToken, ^{
NSLog(@"-----");
});
}

快速迭代(开多个线程并发完成迭代操作)

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dispatch_apply(subpaths.count, queue, ^(size_t index) {
});

队列组(同栅栏函数)

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//创建队列组
dispatch_group_t group = dispatch_group_create();
dispatch_queue_t globalQueue = dispatch_get_global_queue(0, 0);

dispatch_group_enter(group);
//模拟多线程耗时操作
dispatch_group_async(group, globalQueue, ^{
sleep(3);
NSLog(@"%@---block1结束。。。",[NSThread currentThread]);
dispatch_group_leave(group);
});
NSLog(@"%@---1结束。。。",[NSThread currentThread]);

dispatch_group_enter(group);
//模拟多线程耗时操作
dispatch_group_async(group, globalQueue, ^{
sleep(3);
NSLog(@"%@---block2结束。。。",[NSThread currentThread]);
dispatch_group_leave(group);
});
NSLog(@"%@---2结束。。。",[NSThread currentThread]);

dispatch_group_notify(group, globalQueue, ^{
NSLog(@"%@---全部结束。。。",[NSThread currentThread]);
});

NSOperation 基本使用

1)NSOperation、NSOperationQueue 简介

NSOperation、NSOperationQueue 是苹果提供给我们的一套多线程解决方案。实际上 NSOperation、NSOperationQueue 是基于 GCD 更高一层的封装,完全面向对象。但是比 GCD 更简单易用、代码可读性也更高。

为什么要使用 NSOperation、NSOperationQueue?

  • 1.可添加完成的代码块,在操作完成后执行。
  • 2.添加操作之间的依赖关系,方便的控制执行顺序。
  • 3.设定操作执行的优先级。
  • 4.可以很方便的取消一个操作的执行。
  • 5.使用 KVO 观察对操作执行状态的更改:isExecuteing、isFinished、isCancelled。

2)NSOperation、NSOperationQueue 操作和操作队列

既然是基于 GCD 的更高一层的封装。那么,GCD 中的一些概念同样适用于 NSOperation、NSOperationQueue。在 NSOperation、NSOperationQueue 中也有类似的任务(操作)和队列(操作队列)的概念。

操作(Operation):

  • 执行操作的意思,换句话说就是你在线程中执行的那段代码。
  • 在 GCD 中是放在 block 中的。在 NSOperation 中,我们使用 NSOperation 子类 NSInvocationOperation、NSBlockOperation,或者自定义子类来封装操作。

操作队列(Operation Queues):

  • 这里的队列指操作队列,即用来存放操作的队列。不同于 GCD 中的调度队列 FIFO(先进先出)的原则。NSOperationQueue 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)。
  • 操作队列通过设置最大并发操作数(maxConcurrentOperationCount)来控制并发、串行。
  • NSOperationQueue 为我们提供了两种不同类型的队列:主队列和自定义队列。主队列运行在主线程之上,而自定义队列在后台执行。

3)NSOperation、NSOperationQueue 使用步骤

NSOperation 需要配合 NSOperationQueue 来实现多线程。因为默认情况下,NSOperation 单独使用时系统同步执行操作,配合 NSOperationQueue 我们能更好的实现异步执行。

NSOperation 实现多线程的使用步骤分为三步:

  • 1.创建操作:先将需要执行的操作封装到一个 NSOperation 对象中。
  • 2.创建队列:创建 NSOperationQueue 对象。
  • 3.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。

下面我们来学习下 NSOperation 和 NSOperationQueue 的基本使用。

4)NSOperation 和 NSOperationQueue 基本使用

4.1)创建操作

NSOperation 是个抽象类,不能用来封装操作。我们只有使用它的子类来封装操作。我们有三种方式来封装操作。

  • 使用子类 NSInvocationOperation
  • 使用子类 NSBlockOperation
  • 自定义继承自 NSOperation 的子类,通过实现内部相应的方法来封装操作。

在不使用 NSOperationQueue,单独使用 NSOperation 的情况下系统同步执行操作,下面我们学习以下操作的三种创建方式。

4.1.1)使用子类 NSInvocationOperation

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/**
* 使用子类 NSInvocationOperation
*/
- (void)useInvocationOperation {
// 1.创建 NSInvocationOperation 对象
NSInvocationOperation *op = [[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector:@selector(task1) object:nil];

// 2.调用 start 方法开始执行操作
[op start];
}

/**
* 任务1
*/
- (void)task1 {
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
}
}

运行结果

可以看到:在没有使用 NSOperationQueue、在主线程中单独使用使用子类 NSInvocationOperation 执行一个操作的情况下,操作是在当前线程执行的,并没有开启新线程。

如果在其他线程中执行操作,则打印结果为其他线程

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// 在其他线程使用子类 NSInvocationOperation
[NSThread detachNewThreadSelector:@selector(useInvocationOperation) toTarget:self withObject:nil];

可以看到:在其他线程中单独使用子类 NSInvocationOperation,操作是在当前调用的其他线程执行的,并没有开启新线程。

4.1.2)使用子类 NSBlockOperation

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/**
* 使用子类 NSBlockOperation
*/
- (void)useBlockOperation {
// 1.创建 NSBlockOperation 对象
NSBlockOperation *op = [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
}
}];
// 2.调用 start 方法开始执行操作
[op start];
}

运行结果

注意:和上边 NSInvocationOperation 使用一样。因为代码是在主线程中调用的,所以打印结果为主线程。如果在其他线程中执行操作,则打印结果为其他线程。

但是,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)。

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/**
* 使用子类 NSBlockOperation
* 调用方法 AddExecutionBlock:
*/
- (void)useBlockOperationAddExecutionBlock {
// 1.创建 NSBlockOperation 对象
NSBlockOperation *op = [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
}
}];

// 2.添加额外的操作
[op addExecutionBlock:^{
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
}
}];
[op 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
}
}];
[op 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
}
}];
[op addExecutionBlock:^{
for (int i = 0; i < 2; i++) {
[NSThread sleepForTimeInterval:2]; // 模拟耗时操作
NSLog(@"5---%@", [NSThread currentThread]); // 打印当前线程
}
}];
[op addExecutionBlock:^{
for (int i = 0; i < 2; i++) {
[NSThread sleepForTimeInterval:2]; // 模拟耗时操作
NSLog(@"6---%@", [NSThread currentThread]); // 打印当前线程
}
}];
[op addExecutionBlock:^{
for (int i = 0; i < 2; i++) {
[NSThread sleepForTimeInterval:2]; // 模拟耗时操作
NSLog(@"7---%@", [NSThread currentThread]); // 打印当前线程
}
}];
[op addExecutionBlock:^{
for (int i = 0; i < 2; i++) {
[NSThread sleepForTimeInterval:2]; // 模拟耗时操作
NSLog(@"8---%@", [NSThread currentThread]); // 打印当前线程
}
}];

// 3.调用 start 方法开始执行操作
[op start];
}

运行结果

可以看出:使用子类 NSBlockOperation,并调用方法 AddExecutionBlock: 的情况下,blockOperationWithBlock:方法中的操作 和 addExecutionBlock: 中的操作是在不同的线程中异步执行的。而且,这次执行结果中 blockOperationWithBlock:方法中的操作也不是在当前线程(主线程)中执行的。从而印证了blockOperationWithBlock: 中的操作也可能会在其他线程(非当前线程)中执行。

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。

4.1.3)使用自定义继承自 NSOperation 的子类

如果使用子类 NSInvocationOperation、NSBlockOperation 不能满足日常需求,我们可以使用自定义继承自 NSOperation 的子类。可以通过重写 main 或者 start 方法 来定义自己的 NSOperation 对象。重写main方法比较简单,我们不需要管理操作的状态属性 isExecuting 和 isFinished。当 main 执行完返回的时候,这个操作就结束了。

先定义一个继承自 NSOperation 的子类,重写main方法。

CustomOperation.h

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#import <Foundation/Foundation.h>
@interface CustomOperation : NSOperation
@end

CustomOperation.m

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#import "CustomOperation.h"
@implementation CustomOperation
- (void)main {
if (!self.isCancelled) {
for (int i = 0; i < 2; i++) {
[NSThread sleepForTimeInterval:2];
NSLog(@"1---%@", [NSThread currentThread]);
}
}
}
@end

使用示例

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/**
* 使用自定义继承自 NSOperation 的子类
*/
- (void)useCustomOperation {
// 1.创建 YSCOperation 对象
CustomOperation *op = [[CustomOperation alloc] init];
// 2.调用 start 方法开始执行操作
[op start];
}

可以看出:在没有使用 NSOperationQueue、在主线程单独使用自定义继承自 NSOperation 的子类的情况下,是在主线程执行操作,并没有开启新线程。

4.2)创建队列

NSOperationQueue 一共有两种队列:主队列、自定义队列。其中自定义队列同时包含了串行、并发功能。下边是主队列、自定义队列的基本创建方法和特点。

  • 主队列

凡是添加到主队列中的操作,都会放到主线程中执行。

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// 主队列获取方法
NSOperationQueue *queue = [NSOperationQueue mainQueue];

  • 自定义队列(非主队列)

添加到这种队列中的操作,就会自动放到子线程中执行(同时包含了:串行、并发功能)

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// 自定义队列创建方法
NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];

4.3)将操作加入到队列中

上边我们说到 NSOperation 需要配合 NSOperationQueue 来实现多线程。

那么我们需要将创建好的操作加入到队列中去。总共有两种方法:

  • 1.-(void)addOperation:(NSOperation *)op; 需要先创建操作,再将创建好的操作加入到创建好的队列中去。
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/**
* 使用 addOperation: 将操作加入到操作队列中
*/
- (void)addOperationToQueue {
// 1.创建队列
NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];

// 2.创建操作
// 使用 NSInvocationOperation 创建操作1
NSInvocationOperation *op1 = [[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector:@selector(task1) object:nil];

// 使用 NSInvocationOperation 创建操作2
NSInvocationOperation *op2 = [[NSInvocationOperation alloc] initWithTarget:self selector:@selector(task2) object:nil];

// 使用 NSBlockOperation 创建操作3
NSBlockOperation *op3 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
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
}
}];
[op3 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.使用 addOperation: 添加所有操作到队列中
[queue addOperation:op1]; // [op1 start]
[queue addOperation:op2]; // [op2 start]
[queue addOperation:op3]; // [op3 start]
}

运行结果

可以看出:使用 NSOperation 子类创建操作,并使用 addOperation: 将操作加入到操作队列后能够开启新线程,进行并发执行。

  • 2.-(void)addOperationWithBlock:(void (^)(void))block; 无需先创建操作,在 block 中添加操作,直接将包含操作的 block 加入到队列中
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/**
* 使用 addOperationWithBlock: 将操作加入到操作队列中
*/
- (void)addOperationWithBlockToQueue {
// 1.创建队列
NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];

// 2.使用 addOperationWithBlock: 添加操作到队列中
[queue addOperationWithBlock:^{
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
}
}];
[queue addOperationWithBlock:^{
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
}
}];
[queue addOperationWithBlock:^{
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
}
}];
}

运行结果

可以看出:使用 addOperationWithBlock: 将操作加入到操作队列后能够开启新线程,进行并发执行。

5)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 最大并发操作数:

  • 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}。
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/**
* 设置 MaxConcurrentOperationCount(最大并发操作数)
*/
- (void)setMaxConcurrentOperationCount {
// 1.创建队列
NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];

// 2.设置最大并发操作数
queue.maxConcurrentOperationCount = 1; // 串行队列
// queue.maxConcurrentOperationCount = 2; // 并发队列
// queue.maxConcurrentOperationCount = 8; // 并发队列

// 3.添加操作
[queue addOperationWithBlock:^{
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
}
}];
[queue addOperationWithBlock:^{
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
}
}];
[queue addOperationWithBlock:^{
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
}
}];
[queue addOperationWithBlock:^{
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
}
}];
}

maxConcurrentOperationCount 设置为 1,运行结果

maxConcurrentOperationCount 设置为 2,运行结果

可以看出:当最大并发操作数为1时,操作是按顺序串行执行的,并且一个操作完成之后,下一个操作才开始执行。当最大操作并发数为2时,操作是并发执行的,可以同时执行两个操作。而开启线程数量是由系统决定的,不需要我们来管理。

6)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 *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。

如果使用依赖来处理的话,那么就需要让操作 B 依赖于操作 A。具体代码如下:

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/**
* 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];
}

运行结果

可以看到:通过添加操作依赖,无论运行几次,其结果都是 op1 先执行,op2 后执行。

7)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。

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// 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。

8)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。

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/**
* 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
}
}];
}];
}

运行结果

9)NSOperation、NSOperationQueue 线程同步和线程安全

线程安全:如果你的代码所在的进程中有多个线程在同时运行,而这些线程可能会同时运行这段代码。如果每次运行结果和单线程运行的结果是一样的,而且其他的变量的值也和预期的是一样的,就是线程安全的。

若每个线程中对全局变量、静态变量只有读操作,而无写操作,一般来说,这个全局变量是线程安全的;若有多个线程同时执行写操作(更改变量),一般都需要考虑线程同步,否则的话就可能影响线程安全。

线程同步:可理解为线程 A 和 线程 B 一块配合,A 执行到一定程度时要依靠线程 B 的某个结果,于是停下来,示意 B 运行;B 依言执行,再将结果给 A;A 再继续操作。

举个简单例子就是:两个人在一起聊天。两个人不能同时说话,避免听不清(操作冲突)。等一个人说完(一个线程结束操作),另一个再说(另一个线程再开始操作)。

下面,我们模拟火车票售卖的方式,实现 NSOperation 线程安全和解决线程同步问题。

场景:总共有50张火车票,有两个售卖火车票的窗口,一个是北京火车票售卖窗口,另一个是上海火车票售卖窗口。两个窗口同时售卖火车票,卖完为止。

9.1)NSOperation、NSOperationQueue 非线程安全

先来看看不考虑线程安全的代码:

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/**
* 非线程安全:不使用 NSLock
* 初始化火车票数量、卖票窗口(非线程安全)、并开始卖票
*/
- (void)initTicketStatusNotSave {
NSLog(@"currentThread---%@",[NSThread currentThread]); // 打印当前线程
self.ticketSurplusCount = 50;

// 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
__weak typeof(self) weakSelf = self;
NSBlockOperation *op1 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
[weakSelf saleTicketNotSafe];
}];

// 4.创建卖票操作 op2
NSBlockOperation *op2 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
[weakSelf saleTicketNotSafe];
}];

// 5.添加操作,开始卖票
[queue1 addOperation:op1];
[queue2 addOperation:op2];
}

/**
* 售卖火车票(非线程安全)
*/
- (void)saleTicketNotSafe {
while (1) {
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];
} else {
NSLog(@"所有火车票均已售完");
break;
}
}
}

运行结果

可以看到:在不考虑线程安全,不使用 NSLock 情况下,在0票后依然出票,数据混乱,这样显然不符合我们的需求,所以我们需要考虑线程安全问题。

9.2)NSOperation、NSOperationQueue 非线程安全

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。

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/**
* 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
__weak typeof(self) weakSelf = self;
NSBlockOperation *op1 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
[weakSelf saleTicketSafe];
}];

// 4.创建卖票操作 op2
NSBlockOperation *op2 = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
[weakSelf 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;
}
}
}

运行结果

可以看出:在考虑了线程安全,使用 NSLock 加锁、解锁机制的情况下,得到的票数是正确的,没有出现混乱的情况。我们也就解决了多个线程同步的问题。

10)NSOperation、NSOperationQueue 常用属性和方法归纳

10.1)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 *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。

10.2 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。

以上文章整理自:https://blog.csdn.net/sunnyboy9/article/details/19848031、https://www.jianshu.com/p/4b1d77054b35

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