一文玩转 Swift 中的 Actors，看看他是如何避免数据竞争的？

在 Swift 5.5 中，Actors 是一项新的语言特性，旨在帮助开发人员更容易地编写并发代码。Actors 可以让多个任务同时访问一个对象，同时保证线程安全和数据完整性。本文将详细介绍 Swift 中的 Actors，包括如何定义、如何使用以及如何避免数据竞争。

Actors 简介

Actors 是一种支持并发操作的对象，它封装了一些数据和行为，并且可以被多个任务同时访问。与传统的共享内存并发模型不同，Actor 模型使用消息传递来实现并发，每个 Actor 都有自己的状态，在处理消息时不会影响其他 Actors 的状态。Actors 不仅提供了并发安全，还可以有效地降低锁的使用，提高程序的性能。

在 Swift 中，Actors 被定义为一个类或结构体，并使用 actor 关键字修饰。Actor 类或结构体中包含一些属性和方法，这些属性和方法只能由 actor 自身或者其他 actor 访问。非 actor 对象无法直接访问 Actor 的属性和方法。

Actors 的定义

定义一个 Actor 很简单，只需要在类或结构体前面加上 actor 关键字即可。例如：

actor MyActor {
    var count = 0
    
    func increment() async {
        count += 1
    }
}

上面的代码定义了一个名为 MyActor 的 Actor，包含一个名为 count 的属性和一个名为 increment 的方法。需要注意的是，increment 方法前面使用了 async 关键字，这表示该方法是异步执行的。

Actors 的使用

在使用 Actor 时，需要先创建一个 Actor 实例。可以使用 await 关键字来调用 Actor 的异步方法，例如：

let myActor = MyActor()

Task.init {
    await myActor.increment()
    print("count: \(myActor.count)")
}

上面的代码中，我们首先创建了一个名为 myActor 的 Actor 实例，然后使用 Task 来异步执行 increment 方法，并在执行完成后打印出 myActor.count 的值。

需要注意的是，在调用 Actor 的方法时，必须使用 await 关键字来等待其完成。如果不使用 await 关键字，则会出现编译错误。

避免数据竞争

尽管 Actors 可以提供并发安全，但在实际使用中仍然需要注意一些细节，以避免数据竞争和其他并发问题。

使用 Atomic 变量

如果需要在多个任务之间共享变量，最好使用原子变量。Atomic 变量是一种特殊的变量类型，支持并发访问和修改，而且可以保证线程安全。Swift 中提供了 Atomic 类型来实现原子变量，例如：

actor MyActor {
    var count = Atomic<Int>(0)
    
    func increment() async {
        count.withUnsafeMutablePointer {
            $0.pointee += 1
        }
    }
}

在上面的代码中，我们将 count 属性改为了一个 Atomic 变量，并使用 withUnsafeMutablePointer 方法来访问和修改它的值。

使用 Actor-isolated 环境

可以通过将代码放入 Actor-isolated 环境来限制对 Actor 的访问。Actor-isolated 环境是一种特殊的作用域，其中所有的变量都只能被当前 Actor 访问，其他 Actor 或非 actor 对象无法直接访问。

例如，下面的代码定义了一个名为 myActor 的 Actor，并将 increment 方法放入了 Actor-isolated 环境中：

actor MyActor {
    var count = 0
    
    func increment() async {
        await withActorIsolated(self) {
            count += 1
        }
    }
}

在 increment 方法中，我们使用 await withActorIsolated(self) 将代码放入了 Actor-isolated 环境中。这样，任何非 actor 对象或其他 Actor 都无法直接访问 count 属性，从而避免了数据竞争问题。

避免使用 Unsafe Mutable Pointers

尽可能避免使用 Unsafe Mutable Pointers 来访问和修改变量。Unsafe Mutable Pointers 是一种 C 语言风格的指针类型，可以直接访问和修改内存中的值。但是，这种指针很容易导致不安全的代码，因为它们可以越过编译器的检查而直接操作内存。

如果必须使用 Unsafe Mutable Pointers，则应该在 Actor-isolated 环境中使用，并且要特别小心地避免竞争条件。

总结

Actors 是 Swift 5.5 中的一项新特性，旨在帮助开发人员更容易地编写并发代码。Actors 可以让多个任务同时访问一个对象，同时保证线程安全和数据完整性。在使用 Actors 时，需要注意一些细节，以避免数据竞争和其他并发问题。例如，可以使用 Atomic 变量、Actor-isolated 环境和避免使用 Unsafe Mutable Pointers 来确保安全性。