# 快速并发 ## 简介 Swift 的现代并发模型通过 async/await 语法、数据隔离参与者和任务管理原语提供结构化、安全的并发编程。该系统消除了常见的并发错误，例如数据争用和回调地狱，同时提高了代码的可读性和可维护性。 Swift 5.5 中引入的并发模型与语言的类型系统集成，以在编译时增强安全性。 Actor 保护可变状态，async/await 使异步代码看起来同步，结构化并发确保任务得到正确管理和取消。该技能涵盖异步函数、参与者、任务组、取消、异步序列以及从完成处理程序迁移到现代并发的模式。 ## 异步/等待基础知识异步/等待语法允许编写读起来像同步代码的异步代码，而无需嵌套回调或复杂的错误处理链。 // 基本异步函数 func fetchUser(id: Int) 异步抛出 -> User { 让 url = URL(字符串: "https://api.example.com/users/\(id)")! let (data, _) = 尝试等待 URLSession.shared.data(from: url) 返回尝试 JSONDecoder().decode(User.self, from: data) } // 调用异步函数 func loadUserProfile() 异步 { 做{ 让用户 = 尝试等待 fetchUser(id: 42) print("加载的用户：\(用户名)") } 抓住 { print("加载用户失败：\(错误)") } } // 顺序异步调用 func loadFullProfile() 异步抛出 -> 配置文件 { 让用户 = 尝试等待 fetchUser(id: 42) 让 posts = 尝试等待 fetchPosts(userId: user.id) 让评论 = 尝试等待 fetchComments(userId: user.id) 返回个人资料（用户：用户，帖子：帖子，评论：评论） } // 使用 async let 进行并行异步调用 func loadProfileParallel() 异步抛出 -> 配置文件 { 异步让用户 = fetchUser(id: 42) 异步让 posts = fetchPosts(userId: 42) 异步让评论 = fetchComments(userId: 42) 返回尝试等待配置文件（用户：用户，帖子：帖子，评论：评论） } // 异步属性结构用户存储库{ var 当前用户：用户 { 获取异步抛出 { 返回尝试等待 fetchUser(id: getCurrentUserId()) } } } // 使用异步属性 func displayUser(repo: UserRepository) 异步 { 做{ 让 user = 尝试等待 repo.currentUser print(用户名.用户名) } 抓住 { print("错误：\(错误)") } } // 异步初始化器类数据管理器 { 让数据：数据 init() 异步抛出 { 让 url = URL(字符串: "https://api.example.com/config")! let (data, _) = 尝试等待 URLSession.shared.data(from: url) self.data = 数据 } } 异步函数在等待点暂停执行，允许其他工作继续进行而不会阻塞线程。运行时有效地管理暂停和恢复。 ## 安全并发的参与者 Actor 保护可变状态免遭并发访问，通过确保一次只有一个任务可以访问 Actor 隔离的状态来防止数据争用。 // 基本演员演员计数器{ 私有变量值 = 0 函数增量（）{ 值 += 1 } func getValue() -> Int { 返回值 } } // 使用演员 func useCounter() 异步 { 让计数器=计数器() 等待 counter.increment() 让值=等待计数器.getValue() print("计数器：\(值)") } // 具有异步方法的 Actor 演员图像缓存{ 私有变量缓存：[URL：图像] = [：] func image(for url: URL) 异步抛出 -> Image { 如果让缓存 = 缓存[url] { 返回缓存 } let (data, _) = 尝试等待 URLSession.shared.data(from: url) 保护让图像=图像（数据：数据）否则{ 抛出 ImageError.invalidData } 缓存[url] = 图片返回图像 } 函数清除() { 缓存.removeAll() } } 枚举 ImageError: 错误 { 案例无效数据 } 结构图像{ 初始化？（数据：数据）{ // 初始化图像返回零 } } // 用于 UI 更新的 MainActor @主要演员类 ViewModel: ObservableObject { @Published var users: [用户] = [] func loadUsers() 异步 { 做{ 让 fetchedUsers = 尝试等待 fetchAllUsers() users = fetchedUsers // 安全：主要演员 } 抓住 { print("加载用户失败：\(错误)") } } } func fetchAllUsers() 异步抛出 -> [User] { 返回[] } // 非隔离方法演员数据库管理器{ 私有变量连接：连接？非隔离 func formatQuery(_ query: String) -> String { // 不访问 actor 状态，不需要等待返回 query.trimmingCharacters(in: .whitespaces) } func execute(_ query: String) 异步抛出 { // 访问参与者状态保护让连接=连接其他{ 抛出 DatabaseError.notConnected } // 执行查询 } } 结构体连接{} 枚举数据库错误：错误{ 案例未连接 } // 用于自定义隔离的全局参与者 @globalActor 演员数据库演员{ 静态让共享 = DatabaseActor() } @DatabaseActor 类查询生成器{ 变量表：字符串=“” func buildQuery() -> 字符串 { 返回“SELECT * FROM \（表）” } } 参与者自动序列化对其状态的访问，消除数据竞争，同时保持代码清晰度并避免手动锁定管理。 ## 任务组的结构化并发任务组可以通过自动生命周期管理和结果收集生成多个并发任务。 // 基本任务组 func fetchMultipleUsers(ids: [Int]) 异步抛出 -> [User] { 尝试等待 withThrowingTaskGroup(of: User.self) { 组中对于 id 中的 id { 组.addTask { 尝试等待 fetchUser(id: id) } } var 用户：[用户] = [] 尝试等待组中的用户{ 用户.追加（用户） } 返回用户 } } // 非抛出任务组 func loadImages(urls: [URL]) async -> [Image] { 等待 withTaskGroup(of: Image?.self) { 组中对于 url 中的 url { 组.addTask { 试试？等待下载图片（来自：url） } } var 图像：[图像] = [] 对于组中的等待图像{ 如果让图像=图像{ 图像.追加（图像） } } 返回图像 } } func downloadImage(from url: URL) 异步抛出 -> Image { let (data, _) = 尝试等待 URLSession.shared.data(from: url) 保护让图像=图像（数据：数据）否则{ 抛出 ImageError.invalidData } 返回图像 } // 任务组的有限并发 func processItems( _ 项目：[T], 最大并发数：整数，进程： @escaping (T) 异步抛出 -> Void ) 异步抛出 { 尝试等待 withThrowingTaskGroup(of: Void.self) { 组中变量索引 = 0 // 开始初始批次 for _ in 0.. [Int: UserData] { 尝试等待 withThrowingTaskGroup( of: (Int, UserData).self ) { 组中 for id in userIds { 组.addTask { 让数据=尝试等待loadUserData（id：id）返回（ID，数据） } } var 结果：[Int: UserData] = [:] for try wait (id, data) in group { 尝试等待(id, data) in group { 结果[id] = 数据 } 返回结果 } } 结构体用户数据{} func loadUserData(id: Int) 异步抛出 -> UserData { 返回用户数据() } // 提前终止 func findFirstMatch(items: [String]) 异步 -> 字符串？ { 等待 withTaskGroup(of: String?.self) { 组中对于项目中的项目{ 组.addTask { 等待检查匹配（项目） } } for 等待组中的结果 { 如果让匹配=结果{ group.cancelAll() 返回匹配项 } } 返回零 } } func checkMatch(_ item: String) 异步 -> 字符串？ { // 模拟异步工作返回 item.count > 5 ？项目 : 无 } 任务组提供结构化并发：所有子任务在组退出之前完成或取消，从而防止任务泄漏。 ## 任务管理和取消任务代表具有生命周期管理、取消支持和优先级配置的异步工作单元。 // 创建分离任务函数背景更新() { Task.detached(优先级: .background) { 等待执行重计算（） } } func PerformHeavyComputation() 异步 { // 繁重的工作 } // 存储和取消任务类数据加载器{ private var loadTask：任务<数据，错误>？函数开始加载（）{ 加载任务=任务{ 尝试等待loadData() } } 函数取消加载() { loadTask?.cancel() 负载任务 = nil } func loadData() 异步抛出 -> 数据 { 让 url = URL(字符串: "https://api.example.com/data")! let (data, _) = 尝试等待 URLSession.shared.data(from: url) 返回数据 } } // 检查是否取消 func processLargeDataset(items: [Item]) 异步抛出 { 对于项目中的项目{ 尝试 Task.checkCancellation() 等待进程（项目） } } 结构项目{} func process(_ item: Item) 异步 { // 处理项 } // 合作取消 func downloadWithProgress(url: URL) 异步抛出 -> 数据 { 让（字节，响应）=尝试等待URLSession.shared.bytes（来自：url） var 数据 = 数据() for try 等待字节（以字节为单位）{ 如果任务已取消 { 抛出取消错误() } 数据.追加（字节） } 返回数据 } // 任务优先级枚举任务优先级{ 情况高、中、低 var 优先级：TaskPriority { 切换自我{ case .high: 返回.high 案例.medium：返回.medium case .low: 返回.low } } } func ScheduleTask(优先级: TaskPriority, 工作: @escaping () async -> Void) { 任务（优先级：优先级.优先级）{ 等待工作() } } // 任务值和结果 func loadUserAsync() 异步抛出 -> User { 让任务=任务<用户，错误> { 尝试等待 fetchUser(id: 1) } 返回尝试等待任务.值 } // 具有上下文的非结构化任务 @主要演员类视图控制器{ 函数加载数据（）{ 任务 { @MainActor 中让数据 = 尝试等待 fetchData() 更新UI（带有：数据） } } func fetchData() 异步抛出 -> 数据 { 返回数据() } func updateUI（带有数据：数据）{ // 更新用户界面 } } 任务自动从其创建站点继承优先级、任务本地值和参与者上下文，确保正确的执行环境。 ## 异步序列异步序列提供对随时间到达的值的异步迭代，从而能够干净地处理流、事件和分页数据。 // 基本异步序列结构AsyncCountdown：AsyncSequence { 类型别名元素 = Int 让我们开始：Int 结构 AsyncIterator: AsyncIteratorProtocol { 无功电流：整数变异 func next() async -> Int？ { 保护电流 >= 0 else { return nil } 让值=当前当前 -= 1 试试？等待任务.睡眠（纳秒：1_000_000_000）返回值 } } func makeAsyncIterator() -> AsyncIterator { 返回AsyncIterator（当前：开始） } } // 使用异步序列 func countDown() 异步 { 让倒计时 = AsyncCountdown(开始: 5) for 等待倒计时数 { 打印（数字） } } // 异步序列操作 func processStream(urls: [URL]) 异步抛出 { let (bytes, _) = 尝试等待 URLSession.shared.bytes( 来自：网址[0] ） for try 等待字节（以字节为单位）{ 处理字节（字节） } } func processByte(_ byte: UInt8) { // 处理字节 } // 用于自定义序列的 AsyncStream func 温度() -> AsyncStream { AsyncStream { 继续让传感器=温度传感器() Sensor.onReading = { 温度连续产量（温度） } 继续.onTermination = { _ in 传感器.stop() } 传感器.start() } } 温度传感器类 { var onReading: ((Double) -> Void)? 函数开始（）{} 函数停止() {} } // 使用异步流 func MonitorTemperature() 异步 { 等待温度中的温度（）{ print("温度：\(temp)°C") 如果温度 > 100 { 打破 } } } // 转换异步序列 func FilteredTemperatures() 异步 { 让 temps = 温度() for 在 temps 中等待 temp，其中 temp > 0 { print("正温度：\(temp)") } } // 用于错误的 AsyncThrowingStream func networkEvents() -> AsyncThrowingStream { AsyncThrowingStream { 继续让监视器 = NetworkMonitor() Monitor.onEvent = { 事件中继续.yield(事件) } 监视器.onError = { 错误继续.完成（抛出：错误） } 监视器.start() } } 结构网络事件{} 网络监视器类{ var onEvent: ((NetworkEvent) -> Void)? var onError: ((Error) -> Void)? 函数开始（）{} } 异步序列与 for-await-in 循环集成，并支持像同步序列一样的转换、过滤和组合。 ## 最佳实践 1. **使用 async/await 而不是完成处理程序**以提高可读性并避免新代码中的回调金字塔 2. **使用参与者保护可变状态**而不是手动锁定，以防止具有编译时保证的数据竞争 3. **优先选择任务组的结构化并发**而不是分离的任务，以确保正确的生命周期管理和取消 4. **在长时间运行的操作中检查 Task.isCancelled** 以启用协作取消和资源清理 5. **使用 MainActor 进行 UI 代码** 确保 UI 更新发生在主线程上，而无需显式调度调用 6. **当多个独立的异步操作可以同时运行时，利用 async let 进行并行执行** 7. **在处理随着时间推移到达的值时，对流使用异步序列**而不是回调或委托 8. 当参与者不访问隔离状态时，**在参与者上适当地标记非隔离方法**，以避免不必要的等待 9. **为后台工作显式设置任务优先级**，以防止优先级倒置并确保响应式 UI 10. **使用withTaskCancellationHandler**在任务取消时立即清理资源而不是等待检查点 ## 常见陷阱 1. **在同步上下文中使用await**阻塞主线程会导致挂起；创建任务包装器以桥接到异步代码 2. **在长时间操作中不检查取消**会浪费资源并延迟对用户操作的响应 3. **在异步闭包中错误地创建无主/弱**的保留周期可能会导致崩溃或内存泄漏 4. **将 async/await 与完成处理程序混合使用**会不正确地创建竞争条件和难以调试的行为 5. **过度使用分离任务**会失去结构化并发的好处，例如自动取消和优先级继承 6. **忘记执行组件方法上的等待**会导致编译错误，因为执行组件隔离需要挂起点 7. 当可能出现错误时，**不使用任务 API 的抛出变体**会导致静默失败和未处理的错误 8. **通过公开属性来不隔离地访问参与者状态**违背了参与者保护的目的 9. **无限制地创建太多并发任务**会耗尽系统资源并降低性能 10. **假设await后立即执行**；其他任务可能会在继续之前运行，打破关于状态的假设 ## 何时使用此技能在构建执行异步操作（例如网络、文件 I/O 或后台处理）的 iOS 15+、macOS 12+、watchOS 8+ 或 tvOS 15+ 应用程序时，使用 Swift 并发。使用 URLSession、Core Data 异步方法或任何支持现代并发而不是完成处理程序的 API 时应用 async/await。在管理从多个并发上下文访问的共享可变状态时使用参与者，尤其是在数据管理器、缓存或存储库中。在执行多个需要协调的独立异步操作时利用任务组，例如为多个用户获取数据或同时处理一批项目。在处理来自传感器、网络连接、文件读取或任何随时间产生值的源的数据流时，请使用异步序列。 ## 资源 * [Swift 并发文档]() * [认识异步/等待 WWDC 会议]() * [使用 Swift Actor 保护可变状态]() * [Swift Evolution - 并发提案]() * [Swift 并发路线图]()

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