Swift concurrency 8 — Actor的理解与使用

Swift 从 5.5 开始引入了基于协程的并发模型（Concurrency Model），为我们带来了 async/await、Task 以及 actor 等新特性。其中， actor 是专门为解决 数据竞争（data race）问题而设计的结构化并发组件。在传统的多线程编程中，开发者常常需要依赖锁（如 DispatchQueue, NSLock 等）来手动同步数据访问，这既容易出错，又难以维护。 actor 的出现，大大简化了并发编程的复杂性。

本文将全面讲解 Swift 中的 actor，包括其定义、使用方式、与 class 的对比、使用场景等，帮助大家更深入地理解并掌握它。

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什么是 Actor？

actor 是 Swift 中一种引用类型（reference type），它的主要特性是：它内部的状态是线程隔离的，只有一个任务能在任意时间访问其可变状态。换句话说，Swift 会自动对 actor 实例的访问进行序列化处理，防止数据竞争。

actor Counter {
    private var value = 0

    func increment() {
        value += 1
    }

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

在上面的示例中，Counter 是一个 actor，它的 value 属性只能通过该 actor 的方法访问，并且 Swift 会自动保证对这些方法的调用是线程安全的。

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Actor 的定义语法

定义一个 actor 与定义一个 class 非常相似，只需将关键字 class 替换为 actor 即可：

actor MyActor {
    var state = 0

    func doSomething() {
        state += 1
    }
}

特点总结：

• 是引用类型（reference type）
• 具备自动线程安全（通过串行访问）
• 支持继承协议（但不能继承其他 actor 或 class）
• 不支持继承（即使是其它 actor）

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Actor 的作用与好处

Swift 的 actor 提供了一个更现代、结构化且安全的方式来管理共享状态，避免常见的并发编程陷阱：

✅ 自动避免数据竞争

不需要手动加锁，actor 会将对其内部可变状态的访问自动进行串行化处理。

✅ 明确状态边界

Actor 将可变状态封装在内部，外部只能通过异步方法访问，增强封装性。

✅ 与 async/await 协同

Actor 天然支持 async/await，在异步函数中以直观的方式使用，代码更简洁清晰。

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与 class 的区别

虽然 actor 和 class 都是引用类型，它们在并发模型下的行为存在显著差异。

特性	class	actor
并发安全	❌ 需要开发者手动控制	✅ 自动并发安全
可变状态访问	直接访问	需通过 async 方法访问（默认）
继承支持	✅ 支持继承	❌ 不支持继承，只能遵循协议
并发执行行为	不限制，可能产生 data race	内部状态串行访问，避免竞争

这使得在需要并发访问共享状态时，actor 更加合适。

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如何使用 Actor

异步访问 Actor 方法

由于 actor 会对外部调用进行隔离，大多数 actor 的方法（非 nonisolated）都需要使用 await 调用。

let counter = Counter()

Task {
    await counter.increment()
    let currentValue = await counter.getValue()
    print("Current value: \(currentValue)")
}

在 actor 内部可以同步访问属性

actor Counter {
    private var value = 0

    func increment() {
        value += 1 // OK：actor 内部访问自身状态不需要 await
    }

    func valuePlusTen() -> Int {
        return value + 10
    }
}

nonisolated 用法

有时候我们希望某个方法可以在不跳出并发隔离的上下文下被访问，这时可以用 nonisolated：

actor Logger {
    nonisolated func logInfo(_ msg: String) {
        print("[INFO] \(msg)") // 不访问 actor 内部状态，所以可标注为 nonisolated
    }
}

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使用 actor 的实际场景

✅ 适合使用 actor 的情况：

• 有共享状态并可能在多个 Task 中访问
• 涉及复杂同步逻辑，且希望避免使用锁
• 对性能要求不极端苛刻，能容忍 actor 的串行访问开销
• 想利用结构化并发，提升代码清晰度与可靠性

不适合使用 actor 的情况：

• 数据量大但读多写少（可以考虑使用无锁数据结构或读写锁）
• 访问频率极高，对性能有极端要求（actor 存在调度开销）
• 不涉及并发访问，完全可以用 struct 或 class 实现

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Actor 的高级用法与补充

1. MainActor

这是一个特殊的 actor，表示代码必须在主线程执行，常用于 UI 更新或主线程约束逻辑。

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

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

在 SwiftUI 或 UIKit 中操作 UI 时，推荐使用 @MainActor 来保证线程安全。

2. Actor 与 protocol

actor 可以遵循协议，但在定义协议时要注意异步接口的约定：

protocol ScoreUpdatable {
    func increaseScore() async
}

actor GameManager: ScoreUpdatable {
    private var score = 0

    func increaseScore() async {
        score += 1
    }
}

如果协议中包含异步方法，实现时也必须使用 async。

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Actor 的局限性

虽然 actor 为我们带来了结构化并发和自动的线程安全，但它并非万能：

• 每次跨 actor 调用都是异步操作，可能有性能开销
• 不能继承其他 actor 或 class
• 对于高频读操作，actor 的串行机制可能成为瓶颈

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总结：什么时候使用 Actor？

场景	是否适合使用 actor
有状态共享	✅ 非常合适
多线程并发访问	✅ 自动隔离访问
无需继承机制	✅ actor 不支持继承
对性能极端敏感	❌ 可能影响性能
UI 更新	✅ 使用 @MainActor

使用 actor 是 Swift 并发编程的重要组成部分，能帮助我们以更安全、简洁的方式编写线程安全代码。虽然不是所有场景都需要 actor，但在状态共享、异步逻辑以及协程结构化控制中，它都是非常有价值的工具。

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最后的建议

• 优先考虑用 struct + immutable state；
• 如果状态需要在多个任务中共享并变更，用 actor；
• 对性能敏感的场景，使用 actor 时应做性能测试；
• 不要滥用 @MainActor，避免主线程拥塞。

掌握 actor 的正确用法，是写好现代 Swift 并发代码的关键一步。如果你还未在项目中尝试 actor，现在是时候开始了。

最后，希望能够帮助到有需要的朋友，如果觉得有帮助，还望点个赞，添加个关注，笔者也会不断地努力，写出更多更好用的文章。