解密 Swift 5.5 中的 @MainActor, 深入了解其优势与误区

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前言

随着 Swift 5.5 的发布，苹果为我们带来了一系列强大的并发特性，其中 @MainActor 作为一个全局 actor，为我们提供了一种优雅的方式来确保代码在主线程上执行。在 iOS 开发中，我们经常需要在主线程上更新 UI，而 @MainActor 的引入大大简化了这一过程。

在这篇文章中，我们将深入探讨 @MainActor 的使用方法、适用场景以及一些常见的误区，帮助你更好地理解和应用这一强大的特性。

什么是 MainActor？

MainActor 是 Swift 5.5 引入的一个全局 actor，它提供了一个在主线程上执行任务的执行器。在构建应用程序时，确保 UI 更新任务在主线程上执行是至关重要的，而当使用多个后台线程时，这有时会变得具有挑战性。使用 @MainActor 属性将帮助确保你的 UI 始终在主线程上更新。

从本质上讲，MainActor 是一个全局唯一的 actor，它在主线程上执行其任务。你可以将它用于属性、方法、实例和闭包，以确保它们在主线程上执行。在 SE-0316 提案中，MainActor 被引入作为全局 actor 的一个例子，它继承了 GlobalActor 协议。

理解全局 Actor

在深入了解如何在代码中使用 MainActor 之前，我们需要理解全局 actor 的概念。你可以将全局 Actor 视为单例：只存在一个实例。

我们可以如下定义一个全局 actor：

scss 复制代码

@globalActor
actor MyCustomActor {
    static let shared = MyCustomActor()
}

shared 属性是 GlobalActor 协议的要求，它确保有一个全局唯一的 actor 实例。一旦定义，你就可以在整个项目中使用这个全局 actor，就像使用其他 actor 一样：

kotlin 复制代码

@MyCustomActor
final class DataFetcher {
    // ...
}

在任何使用全局 actor 属性的地方，你都会通过共享的 actor 实例确保同步，以确保对声明的互斥访问。

@MainActor 的底层实现与我们自定义的全局 actor 类似：

swift 复制代码

@globalActor
final actor MainActor: GlobalActor {
    static let shared: MainActor
}

它默认可用，并在并发框架内定义。换句话说，你可以立即开始使用这个全局 actor，并通过这个全局 actor 同步来标记你的代码在主线程上执行。

如何在 Swift 中使用 MainActor？

你可以将全局 actor 用于属性、方法、闭包和实例。例如，我们可以为视图模型添加 @MainActor 属性，以确保所有任务都在主线程上执行：

kotlin 复制代码

@MainActor
final class HomeViewModel {
    // ...
}

使用 nonisolated，我们可以确保没有主线程要求的方法尽可能快地执行，而不需要等待主线程变得可用。你只能在没有超类、超类使用相同的全局 actor 注解，或者超类是 NSObject 的情况下，为类添加全局 actor 注解。全局 actor 注解类的子类必须隔离到相同的全局 actor。

在其他情况下，我们可能想要为单个属性定义全局 actor：

kotlin 复制代码

final class HomeViewModel {
    
    @MainActor var images: [UIImage] = []

}

使用 @MainActor 标记 images 属性确保它只能从主线程更新。编译器会强制执行 MainActor 属性的要求。

这在使用 SwiftUI 的 MVVM 模式时非常有用，因为你只希望在主线程上触发视图重绘。

你也可以用这个属性标记单个方法：

less 复制代码

@MainActor func updateViews() {
    /// 只要它在并发上下文中被调用，就会始终分派到主线程。
}

需要注意的是：这个方法只有在从异步上下文调用时才能保证分派到主线程。Xcode 16 会适当地提醒你这一点，但了解这一功能对于理解主 actor 属性如何应用是很重要的。

最后，你可以标记闭包在主线程上执行：

less 复制代码

func updateData(completion: @MainActor @escaping () -> ()) {
    Task {
        await someHeavyBackgroundOperation()
        await completion()
    }
}

不过在这种情况下，你应该将 updateData 方法重写为异步变体，而不需要完成闭包。

直接使用 MainActor

Swift 中的 MainActor 带有一个扩展，可以直接使用 actor：

less 复制代码

extension MainActor {
    /// 在主 actor 上执行给定的 body 闭包。
    public static func run<T>(resultType: T.Type = T.self, body: @MainActor @Sendable () throws -> T) async rethrows -> T
}

这让我们可以在方法中调用 @MainActor，而不需要在 body 中使用其属性。

arduino 复制代码

Task {
    await someHeavyBackgroundOperation()
    await MainActor.run {
        // 执行 UI 更新
    }
}

换句话说，我们不再需要使用 DispatchQueue.main.async 了。然而，我建议使用全局 actor 属性来限制对主线程的任何访问。如果没有全局 actor 属性，任何人都可能忘记使用 MainActor.run，可能导致 UI 更新在后台线程上进行。

什么时候应该使用 MainActor 属性？

在 Swift 5.5 之前，你可能定义了许多 dispatch 语句来确保任务在主线程上运行。一个例子可能如下所示：

less 复制代码

func fetchImage(for url: URL, completion: @escaping (Result<UIImage, Error>) -> Void) {
    URLSession.shared.dataTask(with: url) { data, response, error in
        guard let data, let image = UIImage(data: data) else {
            DispatchQueue.main.async {
                completion(.failure(ImageFetchingError.imageDecodingFailed))
            }
            return
        }

        DispatchQueue.main.async {
            completion(.success(image))
        }
    }.resume()
}

在上面的例子中，你确信需要 dispatch 到主线程来返回图像。我们必须在几个地方执行 dispatch，导致代码混乱，有几个闭包。

有时，我们甚至可能在已经在主线程上时 dispatch 到主队列。这种情况会导致一个额外的 dispatch，你本可以跳过。通过重写你的代码以使用 async/await 和主 actor，你允许优化只在需要时进行 dispatch。

在这些情况下，将属性、方法、实例或闭包隔离到主 actor 确保任务在主线程上执行。理想情况下，我们会将上面的例子重写如下：

swift 复制代码

@MainActor
func fetchImage(for url: URL) async throws -> UIImage {
    let (data, _) = try await URLSession.shared.data(from: url)
    guard let image = UIImage(data: data) else {
        throw ImageFetchingError.imageDecodingFailed
    }
    return image
}

@MainActor 属性确保逻辑在主线程上执行，而网络请求仍然在后台队列上执行。只有在需要时才会 dispatch 到主 actor，以确保尽可能最佳的性能。

为什么 @MainActor 并不总是确保主线程执行？

如果你是并发的新手，你可能认为用 @MainActor 标记的方法一定是在主线程上运行。不幸的是，对于非隔离上下文中的同步方法，这并不能保证。

在分享细节之前，值得一提的是 Swift 6 语言模式捕获了大多数这些情况。但大部分项目还没有迁移到 Swift 6，所以我还是想强调一下。

例如，这段代码在 Swift 5 语言模式下编译正常：

scss 复制代码

DispatchQueue.global().async {
    let viewModel = HomeViewModel()
    viewModel.updateImages() // 标记为 @MainActor 但在后台线程上执行
}

通过全局队列的 dispatch 创建了一个非隔离上下文，@MainActor 属性没有起作用。

然而，如果我们开启 Swift 6 语言模式，编译器会立即告诉我们潜在的问题：

csharp 复制代码

'updateImages()' is isolated to global actor 'MainActor' and must be called from an async context

结语

@MainActor 是 Swift 并发特性中的一个强大工具，它为我们提供了一种优雅的方式来确保代码在主线程上执行。通过正确使用它，我们可以避免许多与线程相关的问题，并使我们的代码更加清晰和可维护。

然而，重要的是要理解 @MainActor 的局限性，特别是在非隔离上下文中的同步方法中。随着 Swift 6 的到来，编译器将提供更多的保护，但在此之前，我们需要保持警惕。

如果你正在使用 Swift 并发特性，我强烈建议你考虑迁移到 Swift 6 语言模式，以获得更好的编译时保护。虽然这可能需要一些工作，但长期来看，它将帮助你避免许多潜在的问题。

希望这篇文章对你有所帮助！如果你有任何问题或想分享你使用 @MainActor 的经验，欢迎在下方留言。

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