Swift 中 Actor 的使用

在 Swift 中，Actor 是一种新的并发模型（从 Swift 5.5 引入），用于在多线程环境中提供线程安全的状态管理。它是对传统类的一种扩展，通过将状态隔离到单个线程来防止数据竞争和同步问题。

Actor 的主要特点

状态隔离：Actor 内的属性和方法是线程安全的，同一时间只能有一个任务访问其内部状态。
异步访问：外部访问 Actor 的属性或方法时需要使用 await。
可重入：Actor 默认是可重入的，允许其他任务在当前任务挂起时执行。

定义与使用 Actor

定义 Actor

Actor 的定义类似于类，但使用关键字 actor。

actor Counter {
    private var count = 0

    func increment() {
        count += 1
    }

    func getCount() -> Int {
        return count
    }
}

使用 Actor

由于 Actor 的状态是隔离的，外部访问其方法或属性时需要使用 await。

let counter = Counter()

Task {
    await counter.increment()
    let currentCount = await counter.getCount()
    print("Count: \(currentCount)")
}

Actor 的核心特性与规则

1. 线程安全

Actor 确保内部状态的修改是线程安全的，无需使用锁（Lock 或 DispatchQueue）。

actor SafeCounter {
    private var value = 0

    func increment() {
        value += 1
    }

    func getValue() -> Int {
        return value
    }
}

let safeCounter = SafeCounter()
Task {
    await safeCounter.increment()
}

2. 外部访问需要异步

Actor 的方法和属性在外部访问时需要通过 await。

actor BankAccount {
    private var balance: Double = 0.0

    func deposit(amount: Double) {
        balance += amount
    }

    func getBalance() -> Double {
        return balance
    }
}

let account = BankAccount()
Task {
    await account.deposit(amount: 100.0)
    print("Balance: \(await account.getBalance())")
}

3. 可重入性

Actor 默认是可重入的，意味着当任务挂起时，其他任务可以访问 Actor 的方法或属性。

actor ReentrantActor {
    func task1() async {
        print("Start Task 1")
        try await Task.sleep(nanoseconds: 1_000_000_000) // 模拟异步挂起
        print("End Task 1")
    }

    func task2() {
        print("Task 2 executed")
    }
}

let actor = ReentrantActor()
Task {
    await actor.task1()
}
Task {
    await actor.task2() // 不会被阻塞
}

Actor 的使用场景

共享资源管理：如计数器、缓存、用户状态等需要线程安全的全局资源。
异步任务协调：在高并发环境中，Actor 可以用于协调多个异步任务的顺序和状态。
简化并发代码：替代传统的锁或串行队列，实现线程安全。

Actor 与类的对比

特性	Actor	类
线程安全性	默认线程安全，防止数据竞争	不提供内置线程安全，需手动管理
状态访问	异步（`await`）	同步
可重入性	默认可重入	不可重入
用途	并发安全的状态管理	通用用途

与 Global Actor 的结合

Swift 提供了 Global Actor，如 @MainActor，用于指定 Actor 的全局作用域，例如保证某些代码在主线程上执行。

@MainActor
class ViewModel {
    var title: String = "Hello"

    func updateTitle(to newTitle: String) {
        title = newTitle
    }
}

在使用时，系统会确保 ViewModel 的所有方法和属性都在主线程上执行。

注意事项

性能：Actor 是轻量级的，但过度使用可能影响性能。
数据共享：避免直接通过外部访问 Actor 的状态，应通过方法和封装访问。
可重入性问题：可重入 Actor 在某些情况下可能导致状态中断，需要仔细设计任务流。

总结

Actor 提供了一种现代化的并发编程模型，通过状态隔离和异步访问，简化了线程安全的实现，适用于高并发环境中的共享状态管理。结合 @MainActor 等特性，还能很好地解决主线程上的并发问题。

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