NSOpertation 与NSOperationQueue

GCD 虽然好用，但是GCD 的介面让我们不太容易取消已经排程、或是已经在背景执行的作业，如果我们有中途取消某个背景作业的需要，使用NSOperation 与NSOperation Queue 会是更好的选择。

NSOperation 是一个用来封装一项作业的Objective-C class，这样的物件称为operation，在建立了一个operation 后，便可以将operation 丢入opeation queue（型别为NSOperationQueue）中排程，让opeation queue决定在适当的时机、系统可以负荷的状况下，执行我们排入排程的工作。

无论是NSOperationQueue 与NSOperation，都有与取消工作相关的API 可以调用。我们也可以设定每个opeation 的优先程度，以及不同operation 之间的相依关系（dependency），要求一件工作完成之后，才可以继续下一件工作。

建立NSOperationQueue

假如我们有一个Class，里头有一个operation queue，只要调用alloc与init便可以建立。

#import <Foundation/Foundation.h>

@interface Test : NSObject
@property (nonatomic, strong) NSOperationQueue *queue;
@end

@implementation Test

- (instancetype)init
{
    self = [super init];
    if (self) {
        self.queue = [[NSOperationQueue alloc] init];
        self.queue.maxConcurrentOperationCount = 2;
    }
    return self;
}

@end

我们可以透过maxConcurrentOperationCount这个property，设定NSOperationQueue可以同时平行执行几件工作，如果超过1，就代表允许平行执行，如果刚好是1的话，就代表在这个queue当中的所有工作都会依次执行。预设值是-1（NSOperationQueueDefaultMaxConcurrentOperationCount），意思是让系统自己决定最多可以同时建立多少thread。

我们可以对NSOperationQueue呼叫addOperation:加入operation，用cancelAllOperations取消所有排程中的作业。至于已经在执行中的作业，我们就得对特定的operation调用cancel了。

建立NSOperation

在Cocoa/Cocoa Touch Framework 中，已经存在两个NSOperation 的subclass： NSBlockOperation 与NSInvocationOperation。NSBlockOperation可以让你把一个block 封装成NSOperation，至于NSInvocationOperation 则是用来封装NSInvocation。

一般来说，除非是像前面说的，你希望这些工作在排程中就可以取消，或是要特别指定operation 之间的相依关系，不然，要在背景执行某个block 或是invocation，其实使用GCD API 会更容易。

我们可能会更常建立自己的NSOperation subclass，处理更复杂的背景工作。

比方说，我们现在要开发一套食谱App，这套App 可以让用户在本机的编辑介面中编好一份食谱后上传，上传后要清除本机的暂存档，这份食谱可能会包含一份包含标题、内文的JSON 档案，还有一张图片，所以上传食谱这份工作就包含上传JSON 文件与图片两件工作，而我们也希望可以在上传的过程中随时取消，让用户继续编辑再重新上传—这种比较复杂却又带有次序性质的工作，就是很适合NSOperation 的舞台。

要subclass 一个NSOperation，最重要的就是要override 掉main 这个method，main 这个method 里头代表的是这个operation 要做什么事情。我们现在可以来写我们的operation：

@interface RecipetUploadOperation : NSOperation
@property (nonatomic, strong) UIImage *image;
@property (nonatomic, strong) NSString *JSON;
@end

@implementation RecipetUploadOperation
- (void)main
{
    @autoreleasepool {
    // 1. Upload image
    // 2. Upload JSON
    }
}
@end

在main 里头，我们也要建立auto release pool。

接下来我们会遇到一个问题：在上传照片与JSON 档案的时候，我们会呼叫NSURLSession 的相关API，这些API 都是非同步的，但是在main 这个method 里头，如果不做特别的处理，还没等到连线回应，main 就已经执行结束了。我们必须要想办法停在main 中，等待连线API 的回应。

在Operation 中等待与取消

要在operation 的中途停下来等候回应，我们大致上有两种作法，一种是在operation 当中执行NSRunloop，另外一种则是使用GCD 当中的semaphore。

NSRunloop

在有GCD 之前，我们希望一个operation 可以在一个地方停下来等候其他事情发生，作法会是在这条thread 里头执行run loop。

前一章提到，run loop就是那个「之所以GUI程式会一直执行，而不会像某个function或method从头到尾跑完就结束」的回圈。在iOS或Mac OS X App中，除了在main thread会执行最主要的run loop （[NSRunloop mainRunLoop]）之外，每个thread/operation里头，也会有属于各自的run loop，只要调用[NSRunloop currentRunLoop]，调用的就是属于当前thread自己的run loop—所以我们要注意，虽然在不同的thread中，我们调用的都是[NSRunloop currentRunLoop]，但这个+currentRunLoop这个class method回传的并不视同一个实例。另外， NSRunloop不可以手动建立，我们只能使用系统提供的run loop物件。

我们希望能够在这个operation执行到一半的时候可以被取消，要取消一条operation，便是调用NSOperation的cancel这个method，因为我们subclass了NSOperation，改变了operation里头做的事情，那么也就得override掉cancel：当我们的operation在跑run loop时，我们的cancel必须要能够通知run loop停止。

当一条thread在跑自己的run loop之后，如果不同thread之间想要互相沟通，那我们就必须在当前的thread建立NSPort物件，并且将NSPort物件注册到run loop内，才能让讯息传递到run loop里头。所以，当外部要求对port调用invalidate的时候，就会让run loop收到讯息，停止继续跑，继续执行-main这个method接下来的动作。

NSPort也有对应的Core Foundation实作，像CFMessagePort等，不过在iOS 7之后我们没办法在这个地方使用CFMessagePort。从iOS 7之后，调用CFMessagePortCreateLocal或CFMessagePortCreateRemote这些建立CFMessagePort的function都无法建立实例，只会回传NULL（可以参见CFMessagePort的reference），苹果不允许我们使用CFMessagePort的原因是，CFMessagePort不但可以传递讯息到其他thread的run loop上，甚至可以传到其他process的run loop上，而iOS政策上禁止process互相沟通。

在iOS 7 刚问世的时候，苹果又完全没有说清楚这件事，只忙着宣传iOS 7 的扁平化新设计。我们为了CFMessagePort 的这项改变，还在WWDC 2013 会场上跑了两天的Lab。

范例程式如下：

@interface RecipetUploadOperation : NSOperation
{
    NSPort *port;
    BOOL runloopRunning;
}
@property (nonatomic, strong) UIImage *image;
@property (nonatomic, strong) NSString *JSON;
@end

@implementation RecipetUploadOperation

- (void)main
{
    @autoreleasepool {
        [someAPI uploadImageData:UIImagePNGRepresentation(self.image) callback:^ {
            [self quitRunLoop];
        }];
        [self doRunloop];
        if (self.isCancelled) {
            return;
        }
        [someAPI uploadJSON:self.JSON callback:^ {
            [self quitRunLoop];
        }];
        [self doRunloop];
    }
}

- (void)doRunloop
{
    runloopRunning = YES;
    port = [[NSPort alloc] init];
    [[NSRunLoop currentRunLoop] addPort:port forMode:NSRunLoopCommonModes];
    while (runloopRunning && !self.isCancelled) {
        @autoreleasepool {
            [[NSRunLoop currentRunLoop] runUntilDate:[NSDate dateWithTimeIntervalSinceNow:0.5]];
        }
    }
    port = nil;
}

- (void)quitRunLoop
{
    [port invalidate];
    runloopRunning = NO;
}

- (void)cancel
{
    [super cancel];
    [self quitRunLoop];
}

@end

GCD Semaphores

有了GCD 之后，很多事情都变得简单许多。当我们想要在执行到一半的时候暂停下来，现在可以选择建立semaphore，接着：

只要对semaphore调用dispatch_semaphore_wait，程式就会在这个地方暂停等候。
对已经在等候中的semaphore，再调用dispatch_semaphore_signal，发送signal，程式就会继续往下运行。