Swift Concurrency（并发）学习

Swift 的并发模型是基于 异步任务 和 任务调度 的一套现代化的异步编程工具。以下是相关语法规则总结

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1. 异步函数（async）与 await

• async 用于声明一个异步函数，表示函数可能会执行耗时任务，例如网络请求、文件读写等。
• 在调用异步函数时，使用 await 关键字等待函数返回结果。

示例

func fetchUserID(from server: String) async -> Int {
    if server == "primary" {
        return 97
    }
    return 501
}

• async 声明： 表示 fetchUserID 是异步函数。
• 返回值类型： async 函数支持返回值，格式为 async -> ReturnType。
• 在异步函数内部，可以通过一些耗时操作（如网络请求）返回结果。

调用异步函数

func fetchUsername(from server: String) async -> String {
    let userID = await fetchUserID(from: server) // 用 await 调用异步函数
    if userID == 501 {
        return "John Appleseed"
    }
    return "Guest"
}

• await 关键字： 调用异步函数时需要等待其执行完成。
• 通过 await，程序会暂停当前任务，直到异步函数返回结果。

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2. 使用 async let 实现并发任务

• 如果多个异步任务之间互不依赖，可以用 async let 并发地执行它们。
• async let 启动的任务是并发运行 的，但当你使用返回值时需要用 await。

示例

func connectUser(to server: String) async {
    async let userID = fetchUserID(from: server) // 异步获取 userID
    async let username = fetchUsername(from: server) // 异步获取 username

    // 等待两个任务完成，合并结果
    let greeting = await "Hello \(username), user ID \(userID)"
    print(greeting)
}

• async let： 声明异步任务，让它们同时运行。
• await： 当需要用返回值时才等待任务完成。
• 并发执行可以显著提升性能，尤其在多个任务需要执行时。

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3. 使用 Task 从同步代码中调用异步函数

• 如果当前代码是同步上下文 （比如普通函数或全局代码），可以用 Task 调用异步函数。

示例

Task {
    await connectUser(to: "primary")
}
// 输出：Hello Guest, user ID 97

• Task： 一个封装异步代码的上下文，它不会阻塞当前线程。
• 执行顺序： Task 会在后台运行，不会阻塞主线程。

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4. 使用 TaskGroup 进行任务分组

• TaskGroup 是 Swift 的一种工具，用于管理一组并发任务。
• 使用任务分组时，可以动态添加任务并收集任务结果。

示例

let userIDs = await withTaskGroup(of: Int.self) { group in
    for server in ["primary", "secondary", "development"] {
        group.addTask {
            return await fetchUserID(from: server)
        }
    }

    var results: [Int] = []
    for await result in group {
        results.append(result)
    }
    return results
}

• withTaskGroup： 创建一个任务组。
• group.addTask： 动态向任务组中添加任务。
• for await： 异步地收集任务结果。

输出：

假设 fetchUserID 返回的结果为 [97, 501, 97]，最终的 userIDs 为 [97, 501, 97]。

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5. Actor

• Actor 是 Swift 提供的一种结构，保证并发访问的安全性。
• 与类（class）类似，actor 也可以包含属性和方法。
• 区别：
  • Actor 是并发安全的：它会序列化对其属性的访问，避免数据竞争。
  • 在调用 Actor 的方法或访问属性时，必须使用 await。

示例

actor ServerConnection {
    var server: String = "primary"
    private var activeUsers: [Int] = []

    func connect() async -> Int {
        let userID = await fetchUserID(from: server)
        activeUsers.append(userID)
        return userID
    }
}

let server = ServerConnection()
let userID = await server.connect()

• Actor 的特点：
  • ServerConnection 中的 server 和 activeUsers 属性只能通过 Actor 内部的方法访问。
  • 调用 connect 方法时必须用 await，因为它可能涉及异步操作。

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6. 重要语法总结

1. async 和 await：
   • 用于声明和调用异步函数。
   • 异步函数可以暂停当前任务，等待其他任务完成。
2. async let：
   • 并发地启动多个异步任务，但只在需要时等待结果。
3. Task：
   • 用于从同步代码中调用异步函数。
4. TaskGroup：
   • 管理多个并发任务，并收集它们的结果。
5. Actor：
   • 确保对共享状态的并发访问是安全的。

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7. 拓展知识

Swift 的并发功能建立在底层 GCD（Grand Central Dispatch） 和 Swift Concurrency Runtime 之上，以下是一些拓展知识：

7.1 串行队列 vs 并发队列

• 串行队列： 一个任务完成后才开始下一个任务。
• 并发队列： 多个任务同时运行，但完成顺序不保证。

7.2 异步序列和迭代

Swift 支持 异步序列（AsyncSequence），可以异步地遍历序列：

struct Counter: AsyncSequence {
    typealias Element = Int
    let end: Int

    func makeAsyncIterator() -> AsyncIterator {
        return AsyncIterator(end: end)
    }

    struct AsyncIterator: AsyncIteratorProtocol {
        let end: Int
        var current = 0

        mutating func next() async -> Int? {
            current += 1
            return current <= end ? current : nil
        }
    }
}

for await number in Counter(end: 5) {
    print(number)
}
// 输出：1 2 3 4 5