Swift Concurrency 要諦（完全版）

完全版 Swift Concurrency 要諦 熊谷友宏 @es_kumagai 2024/10/20 千歳ゆるい勉強会 vol.4 2024/11/29 関西モバイルアプリ研究会A #6 2025/03/04 集まれSwift好き！Swift愛好会 vol.92 @ DeNA

熊谷 友宏 Tomohiro Kumagai ▶ Swift 言語が好み ▶ 小さな勉強会を開催（2014年9月27日より） ▶ 株式会社ゆめみさんで 熊谷さんのやさしい Swift 勉強会 開催 & コードレビュー • いろんな人のレビューをしたい機運が高まり中 • 言語仕様を学ぶことの効果の高さを実感中 ▶ プログラミングの楽しさを伝えていきたい

熊谷 友宏 Tomohiro Kumagai ▶ 技術同人誌の制作 らしい表現を目指そう、Swift イニシャライザー大全 • Swift プログラマーのための新千歳空港入門 ▶ 同人誌即売会への出展 • ▶ 技術書典、おもしろ同人誌バザール、 コミックマーケット、コミティア（新規参入） プログラミングの楽しさを伝えていきたい

Swift 5.5 に登場 → 6.0 で本格始動 Swift Concurrency ※ 今は Swift 6.0 が最新

Swift Concurrency ▶ 並行処理を行うための仕組み（？） ▶ Swift でも async / await が使えるようになった（？） // 非同期関数を定義 func exec() async // 関数を非同期で実行 await exec()

Swift Concurrency ▶ 並行処理を行うための仕組み（？） ▶ Swift でも async / await が使えるようになった（？） 本質 は // 非同期関数を定義 func exec() async // 関数を非同期で実行 await exec() そこでは ないらしい。

Swift Concurrency 要諦

Swift Concurrency とは ▶ 並行処理を安全に行うための仕組み ▶ async / await は その一環

Swift Concurrency 本質 ▶ 並行処理を安全に行う ▶ データ競合の発生を未然に阻止 ▶ 競合状態の発生可能性を可視化 ※ 並行安全のコンパイラー支援が魅力

Swift Concurrency データ競合 とは ▶ 非同期処理で 予期しないデータになる現象 ▶ ひとつのメモリーを複数箇所で同時に参照、 そこに書込処理が伴うときに発生することがある ※ Swift Concurrency によって、この発生が未然に阻止される

Swift Concurrency 競合状態 とは ▶ 非同期処理で 予期しないデータになる現象 ▶ ある一連の処理を実行中に別の処理が並行して走ったときに 意図した計算結果にならないことがある ※ Swift Concurrency によって、この発生可能性が視覚化される

並行処理の時代 ̶ データ競合の回避は 人類の夢 … ※ データ競合や競合状態は、マルチスレッドでは無視できない問題

並行処理の時代 ̶ データ競合の回避は 人類の夢 … ▶ メモリーを共有しない ▶ シリアルキュー ▶ イミュータブルクラス ▶ ロックフリー ▶ ロック ※ データ競合や競合状態は、マルチスレッドでは無視できない問題 などなど

並行処理の時代 ̶ データ競合の回避は 人類の夢 … ▶ メモリーを共有しない ▶ シリアルキュー ▶ イミュータブルクラス ▶ ロックフリー ▶ ロック ▶ Swift Concurrency などなど ※ データ競合や競合状態は、マルチスレッドでは無視できない問題 NEW

人類の夢 Swift Concurrency

Swift Concurrency 導入された概念 ▶ タスク • 非同期処理の実行単位 • 実行スレッドはシステムで管理 ▶ ▶ 中断ポイント • 非同期処理の結果を待つ • 実行スレッドをブロックせずに待つ 隔離領域 • データの保護単位 • 領域を越える値の扱いを制限 ※ Swift Concurrency は、この３つの概念を把握することが肝要

Swift Concurrency 導入されたキーワード よくみる機能 知っておきたい機能 そのうち知ればいい機能 1. async 1. Task 1. @Sendable 2. await 2. Sendable 2. Actor 3. actor 3. @globalActor 4. @MainActor 4. GlobalActor 5. nonisolated 5. isolated 6. nonisolated(unsafe) 7. sending 8. #isolation などなど

Swift Concurrency キーワードまわりの要所

Swift Concurrency キーワードまわりの要所 よくみる機能

Swift Concurrency よくみる機能 1. async ▶ 非同期での実行を前提とすることを印付ける • 内部の処理で、非同期処理の実行や 自身の処理を中断可能 • カレントタスクで実行 される • 隔離領域の切り替えには関与しない （期待する隔離領域は別の方法で指定） func method(value: String) async -> Int var property: String { get async } async let result = await exec()

Swift Concurrency よくみる機能 2. await ▶ 非同期で実行することを印付ける • 式を非同期で実行し、その 処理完了まで中断 して待つ • カレントタスクで実行 する • 隔離領域を切り替えるかは呼出先に依存 let result = await method(value: "TEST") await print(property)

Swift Concurrency キーワードまわりの要所 知っておきたい機能

Swift Concurrency 知っておきたい機能 1. Task ▶ ブロック内が 非同期で実行されることを印付ける • ブロック内の処理を 新規タスクで開始 し、ここでは 処理を中断しない • ブロックに渡す値や戻り値は タスクを越えて渡される • 隔離領域を引き継ぐかは、状況次第 // 子タスクを形成 // キャンセル状態・隔離領域・優先順位を継承 Task { … } // 独立したタスクを形成 Task.detached { … }

Swift Concurrency 知っておきたい機能 2. Sendable ▶ 並行安全であることを印付けるプロトコル • 並行安全な型だけに適用できる • インスタンスは、自由に 隔離領域 や タスクを越えられる • 並行安全性を コンパイラーで保証するか、プログラマーが保証するか選択可能 （スレッドセーフ） // 型の並行安全性はコンパイラーが保証してくれる struct Value: Sendable { … } // 型の並行安全性はプログラマーが保証しなければならない struct Object: @unchecked Sendable { … }

Swift Concurrency 知っておきたい機能 3. actor インスタンス単位で隔離領域をつくる型 ▶ • インスタンス単位で 隔離領域 を形成 • 機能へのアクセスは 自身の隔離領域で実施させる • 複数箇所からの編集を伴う同時アクセスを阻止 actor Operator { var state: Value func execute() } let operator = Operator() Task { await operator.execute() }

Swift Concurrency 知っておきたい機能 4. @MainActor ▶ メインアクター隔離であることを印付ける • メインスレッドによる保護を提供する隔離領域 で扱うことを示す • 処理の実行を メインスレッド に限定し、複数箇所からの同時アクセスを阻止 • プロパティー・関数・メソッド・型・タスク などに付与して使う @MainActor func something() @MainActor struct View { } @MainActor var value: Value Task { @MainActor in }

Swift Concurrency 知っておきたい機能 5. nonisolated 隔離領域の外側で動作することを印付ける ▶ • 隔離領域の外側で実行可能 なメソッドになる • 同期的に呼び出せる • 隔離領域で保護されたプロパティーにはアクセスできない （所属する隔離領域を継承しない） （明示的に async にした場合は、非同期呼出） @MainActor struct MyCommand { nonisolated func printVersion() { … } }

Swift Concurrency キーワードまわりの要所 そのうち知ればいい機能

そのうち知ればいい機能 1. @Sendable 関数が並行安全であることを印付ける ▶ • 並行安全な要素で構成された関数 だけに付与できる • 隔離領域 や タスクを越えた安全な受け渡しと実行が可能 @Sendable func something(_ value: Int) -> Int { } let invoke: @Sendable (_ value: Int) -> Int = { value in }

そのうち知ればいい機能 2. Actor 何らかのアクターであることを印付けるプロトコル ▶ • すべてのアクター型が、暗黙的に準拠する • これを継承したプロトコルは、アクター型だけに適用可能 - 内包する宣言は、所属するアクター隔離領域の保護下に置かれる想定 protocol Driver: Actor { var state: State { get } func discover() } func makeActor() -> some Actor { }

そのうち知ればいい機能 3. @globalActor 型が大域的な隔離領域を構成するのを印付ける ▶ • 型単位の隔離領域 を提供 • MainActor も大域隔離領域のひとつ • 大域アクター自体は、インスタンスでは隔離領域を形成しない @globalActor struct Processing { static let shared: MyActor } @Processing var state: State @Processing func convert() @Processing class Processor { } Task { @Processing in

そのうち知ればいい機能 4. GlobalActor ▶ 大域アクターとして振る舞えることを印付けるプロトコル • すべての大域アクター型が、暗黙的に準拠する • これを継承したプロトコルは、大域アクター型にだけ適用可能 - 自身がアクターであることまでは求めていない - 自身のメソッドやプロパティーは、隔離領域の保護下に置かない • 今のところは、使える機会がないかもしれない

そのうち知ればいい機能 5. isolated 関数が 指定した隔離領域下で動作することを印付ける ▶ • 指定したアクター隔離領域内で関数を処理 する • 指定した隔離領域からは同期実行、その他からは非同期実行 • 指定した隔離領域が保護するプロパティーの直接アクセスが可能 func execute(on actor: isolated Controller) { } await execute(on: controller)

そのうち知ればいい機能 6. nonisolated(unsafe) 隔離領域の外側からアクセスできることを印付ける ▶ • 隔離領域の外側から操作可能 なプロパティーになる • 隔離領域の保護によらない、同期的な読み書きが可能 • アクター保護下にあったプロパティーに指定したときは、 （所属する隔離領域を継承しない） データ競合からの保護はプログラマーが行う必要あり（コンパイラーは関与しない） @MainActor struct Process { nonisolated(unsafe) var isRunning: Bool }

そのうち知ればいい機能 7. sending 隔離領域を越えて受け渡すことを印付ける ▶ • 引数や戻り値の型に指定できる • 指定された値は Sendable でなくても タスクや隔離領域を越えられる • 値を渡したあとは、その値にはアクセス禁止 （Sendable な値なら引き続き利用可能） func pass(_ x: sending Object) async { Task { print(x) } }

そのうち知ればいい機能 8. #isolation ▶ 現在の隔離領域を取得するマクロ • 現在の隔離領域を形成するインスタンスを取得 • 隔離領域内で実行されていなければ nil になる • 実行する隔離領域の指定にも使用可能 print(#isolation) if #isolation === ProcessingActor.shared { … } func execute(on actor: isolated (some Actor)? = #isolation)

Swift Concurrency 概念まわりの要所

Swift Concurrency タスクと隔離領域 ▶ タスク内の処理は 逐次処理（並行処理されない） ▶ 複数のタスクは 同時並行で処理 される ▶ ひとつの 隔離領域で、同時に処理できるのはひとつ だけ ▶ 隔離領域を使用中は、その処理が 中断 または 終了 するまで 次の処理は実施されない（呼出元は 中断して待つ）

Swift Concurrency 中断ポイントと再入可能性 ▶ async な機能は、await による 非同期実行（中断の可能性あり） ただし 同じ隔離領域での動作なら await なし の同期実行（即時実行） ▶ await では、結果が得られるまでタスクは処理を中断 ▶ 中断している間は、その隔離領域 で 別のタスクを実行可能 Task { @MainActor in Task { @MainActor in actionA() await someActor.someAction() actionB() } ここで中断されたときに 別のタスクを実行開始 actionX() actionY() }

まとめ

Swift Concurrency まとめ Swift Concurrency の本質 データ競合を起こさせないためにのみ存在する ▶ 思いのほか、追加機能はたくさん ▶ コードに印を付けて、データ競合の可能性を Swift が 見つけられるようにするのが Swift Concurrency の醍醐味

Enjoy! Swift Thank you 熊谷友宏 @es_kumagai