面试题：Objective-C中NSOperation与NSOperationQueue在多线程环境下的内存管理与优化

Question

在多线程环境中使用NSOperation和NSOperationQueue时，会面临内存管理和性能优化的挑战。请详细阐述如何在这种场景下进行有效的内存管理，比如如何处理操作对象的生命周期、避免内存泄漏。同时，说明一些针对NSOperationQueue的性能优化策略，例如如何合理设置队列的最大并发数，以及如何处理队列中任务的动态添加与移除对性能的影响。

Answer 1

内存管理

1. 操作对象的生命周期
   • 自动释放池：在NSOperation的main方法中，如果有大量临时对象创建，可以手动创建自动释放池。例如：

- (void)main {
    @autoreleasepool {
        // 大量临时对象的操作
        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            NSString *tempString = [NSString stringWithFormat:@"%d", i];
            // 对tempString进行操作
        }
    }
}

• 强引用与弱引用：当NSOperation对象被添加到NSOperationQueue时，NSOperationQueue会对其持有强引用。若在外部也持有对该NSOperation对象的强引用，可能导致循环引用。可以通过在外部使用弱引用来避免，比如：

__weak MyOperation *weakOperation = [[MyOperation alloc] init];
NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];
[queue addOperation:weakOperation];

2. 避免内存泄漏
   • 完成块的使用：如果NSOperation使用了完成块，要注意在完成块中避免对self的强引用，防止循环引用。可以使用__weak修饰符，例如：

__weak typeof(self) weakSelf = self;
NSBlockOperation *operation = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
    // 这里使用weakSelf
    typeof(self) strongSelf = weakSelf;
    if (strongSelf) {
        // 对strongSelf进行操作
    }
}];

• 操作完成时的清理：在NSOperation的finish方法（自定义NSOperation时重写该方法）或者完成块中，释放操作过程中创建的资源，比如关闭文件句柄、释放数据库连接等。

性能优化策略

1. 合理设置队列的最大并发数
   • 根据任务类型：如果任务是CPU密集型的，如复杂的计算任务，最大并发数应设置得较小，一般为CPU核心数，以避免过多线程竞争CPU资源导致性能下降。例如，在iOS设备上，通常可以根据[NSProcessInfo processInfo].activeProcessorCount来设置最大并发数。

NSOperationQueue *cpuIntensiveQueue = [[NSOperationQueue alloc] init];
cpuIntensiveQueue.maxConcurrentOperationCount = [NSProcessInfo processInfo].activeProcessorCount;

• 如果任务是I/O密集型：如网络请求或文件读写，可以适当提高最大并发数，因为I/O操作等待时间长，更多线程可以在等待I/O完成时利用CPU资源。但也不能设置过大，否则过多的线程切换会带来额外开销。可以通过测试不同的值，根据实际性能表现来确定，比如设置为8 - 16等。

2. 处理队列中任务的动态添加与移除对性能的影响
   • 批量操作：尽量避免频繁单个任务的添加与移除。如果需要添加多个任务，最好批量添加，例如：

NSMutableArray<NSOperation *> *operations = [NSMutableArray array];
for (int i = 0; i < 10; i++) {
    NSBlockOperation *operation = [NSBlockOperation blockOperationWithBlock:^{
        // 任务操作
    }];
    [operations addObject:operation];
}
NSOperationQueue *queue = [[NSOperationQueue alloc] init];
[queue addOperations:operations waitUntilFinished:NO];

• 移除操作的时机：在移除任务时，要考虑任务的执行状态。如果任务已经开始执行，直接移除可能导致未完成的工作和资源泄漏。可以设置一个标记，在任务下次检查状态时，根据标记决定是否停止执行并清理资源，然后再从队列中移除。例如：

@interface MyOperation : NSOperation
@property (nonatomic, assign) BOOL shouldCancel;
@end

@implementation MyOperation
- (void)main {
    while (!self.isCancelled &&!self.shouldCancel) {
        // 任务执行代码
    }
    // 清理资源
}
@end

// 在外部移除任务时
MyOperation *operation = [queue.operations firstObject];
operation.shouldCancel = YES;
[queue removeOperation:operation];