Swift 并发与性能热门实践：Actors、TaskGroup 与宏可验证指南

本文聚焦 Swift 并发模型的实战路径与验证方法：用最小可运行样例验证 actors 消除数据竞争、用 TaskGroup 做受控并发、用 AsyncStream 桥接回调到异步序列，并在 `-c release` 构建下做性能与正确性检查。

## 版本与环境校验（可验证）

swift --version
swiftc --version

输出应显示已安装的 Swift 工具链版本（建议 5.7+；宏需 5.9+）。所有示例均基于官方并发模型（`async/await`、actors、TaskGroup），在 macOS/iOS/tvOS 上原生支持，在 Linux 需使用兼容的 Foundation/URLSession 版本。

## actors：用隔离消除数据竞争

import Foundation

actor Counter {
    private var value = 0
    func inc() { value += 1 }
    func get() -> Int { value }
}

let counter = Counter()

await withTaskGroup(of: Void.self) { group in
    for _ in 0..<1000 {
        group.addTask {
            await counter.inc()
        }
    }
}

let total = await counter.get()
print(total) // 1000（可验证：无数据竞争，结果稳定）

验证点：

• `Counter` 的可变状态仅能在其隔离域内访问，跨隔离调用需 `await`。
• 取消 `await` 或改为普通类，将出现数据竞争或非确定性结果。

## TaskGroup：受控并发与错误传播

import Foundation

struct Endpoint: Sendable { let url: URL }

func fetch(_ endpoint: Endpoint) async throws -> Data {
    let (data, _) = try await URLSession.shared.data(from: endpoint.url)
    return data
}

func fetchAll(_ endpoints: [Endpoint]) async throws -> [Data] {
    var results: [Data] = []
    try await withThrowingTaskGroup(of: Data.self) { group in
        for e in endpoints {
            group.addTask { try await fetch(e) }
        }
        for try await d in group { results.append(d) }
    }
    return results
}

@main
struct App {
    static func main() async {
        let eps = ["https://example.com", "https://www.apple.com"].compactMap(URL.init(string:)).map { Endpoint(url: $0) }
        do {
            let ds = try await fetchAll(eps)
            print("count:", ds.count)
        } catch {
            print("error:", error)
        }
    }
}

验证点：

• 使用 `withThrowingTaskGroup` 可在任一子任务抛错时取消剩余子任务并向上传播错误。
• 不要将 `Task.detached` 用作常规并发；仅在跨隔离、需要显式继承优先级或丢失上下文时使用。

## AsyncStream：将回调桥接为异步序列

import Foundation

func notifications(name: NSNotification.Name) -> AsyncStream<Notification> {
    AsyncStream { continuation in
        let id = NotificationCenter.default.addObserver(forName: name, object: nil, queue: nil) { note in
            continuation.yield(note)
        }
        continuation.onTermination = { _ in
            NotificationCenter.default.removeObserver(id)
        }
    }
}

@main
struct App2 {
    static func main() async {
        let stream = notifications(name: UIApplication.didBecomeActiveNotification)
        var count = 0
        for await _ in stream { // 可验证：事件到来时触发
            count += 1
            if count > 3 { break }
        }
        print("received:", count)
    }
}

验证点：

• 始终在 `onTermination` 中清理资源（观察者/句柄），避免泄漏或重复订阅。
• 高频事件需考虑背压与采样（例如在 yield 前做节流）。

## MainActor：保证 UI/共享资源在主隔离更新

import Foundation

final class ViewModel: ObservableObject {
    @Published var text = ""
    func update() {
        Task { [weak self] in
            guard let self else { return }
            let (data, _) = try await URLSession.shared.data(from: URL(string: "https://example.com")!)
            let s = String(decoding: data, as: UTF8.self)
            await MainActor.run { self.text = s }
        }
    }
}

验证点：

• 在异步任务内通过 `MainActor.run` 切回主隔离更新 `@Published` 状态，避免 UI 更新跨隔离。
• 对仅在主线程访问的资源（如 CoreData 上下文、UIKit 组件）在接口层统一声明 `@MainActor`。

## Sendable 与隔离边界（安全并发）

struct Config: Sendable {
    let timeoutMS: UInt64
}

actor Service {
    func work(cfg: Config) async -> String {
        try? await Task.sleep(nanoseconds: cfg.timeoutMS * 1_000_000)
        return "done"
    }
}

验证点：

• 跨隔离传递的数据类型应为 `Sendable`，复杂引用类型如需标注 `@unchecked Sendable` 必须有不可变性与线程安全保障。
• 使用 `Task.sleep(nanoseconds:)` 替代阻塞式 `sleep`，避免阻塞执行器。

## 性能与构建验证

swift build -c release
swift run -c release
swift test -c release

建议：

• 在 `-c release` 下验证关键路径延迟（如网络聚合、计算密集型任务），记录样本的 `p95/p99` 以防回退。
• 对热路径开启单元测试与微基准（XCTest `measure`），避免引入阻塞或错误的隔离切换。

## Swift 5.9 宏（宏需 5.9+，按需使用）

• 宏能力用于生成/变换代码，减少样板；需在 Swift 5.9+ 工程中引入宏插件。
• 验证原则：仅在编译期提升安全性或消除重复时使用，且保持生成代码可读与可审计；若运行时行为更复杂，优先选择库/协议抽象。

## 注意事项

• 优先使用 `with(Throwing)TaskGroup` 管理并发生命周期与错误传播，少用手工 `Task` 数组。
• 谨慎使用 `Task.detached`：它不继承父上下文与隔离，适用于跨隔离的后台工作；普通场景用 `Task {}`。
• 认识 actor 可重入特性：在 `await` 点可能切换到其他消息，保持不变量与最小临界区。
• 用 `AsyncStream` 时做好资源释放与节流；在高频事件下避免无限缓冲。
• 在 UI/共享资源层显式 `@MainActor`，避免隐式跨隔离写入导致竞态。

## 结语

用 actors、TaskGroup 与 AsyncStream 能在 Swift 并发模型中获得“可验证的正确性与性能”。通过版本与构建命令确认环境一致，在 `-c release` 下做基准与回归，能让并发代码在生产环境保持稳定与可演进。