#関モバ Swift Concurrency 要諦

再編 Swift Concurrency 要諦 熊谷友宏 @es̲kumagai 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

▶︎ ▶︎ ▶︎ ▶︎ 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 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()

否 本質 は どうやら それでは 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 並行処理を Swift が把握して データ競合が起きる可能性を排除 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共有して、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 ※ 再現性が低くなりがちで、デバッグを難しくする ※ これを未然に防ぐのが Swift Concurrency の存在意義

▶︎ ▶︎ 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、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 ※ 再現性が低くなりがちで、デバッグを難しくする ※ これを可能な範囲で予防し、潜在箇所を視覚化するのが Swift Concurrency の存在意義

並行処理の時代 データ競合の回避は 人類の ⋯ ※ 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 夢

並行処理の時代 イミュータブルクラス ロック データ競合の回避は 人類の シリアルキュー ロックフリー 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 ⋯ ▶︎ ▶︎ ▶︎ ▶︎ ▶︎ ▶︎ メモリーを共有しない 夢

並行処理の時代 イミュータブルクラス ロック データ競合の回避は 人類の シリアルキュー ロックフリー などなど 夢 Swift Concurrency ※ 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 ⋯ ▶︎ ▶︎ ▶︎ ▶︎ ▶︎ ▶︎ ▶︎ メモリーを共有しない 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が管理 隔離領域 • データの保護単位 • 領域を越えての扱いを制限 → データ競合を防ぐ 中断ポイント • 非同期処理の結果を待つ • スレッド自体のブロックはしない

▶︎ ▶︎ ▶︎ ▶︎ ▶︎ ▶︎ ▶︎ ▶︎ ▶︎ ▶︎ ▶︎ ▶︎ ▶︎ ▶︎ Swift Concurrency 導入されたキーワード（抜粋） async Task @Sendable await actor Actor Sendable @globalActor nonisolated GlobalActor @MainActor isolated sending #isolation

Swift Concurrency みんな知っている機能

▶︎ みんな知っている機能 1. async 付与した関数や変数が 非同期で実行されることを印付ける • 非同期での呼び出しを要求 • 引数や戻り値は、タスクを跨いで受け渡される func method(value: String) async -> Int var property: String { get async } async let result = await exec()

▶︎ みんな知っている機能 2. await 付与した関数や変数を非同期で実行することを印付ける • 引数や戻り値は、タスクを跨いで受け渡しする • 非同期実行している間は処理を中断して待つ let result = await method(value: "TEST") await print(property)

Swift Concurrency よく使われる機能

▶︎ よく使われる機能 1. Task ブロック内が 非同期で実行されることを印付ける • タスクを新規に立ち上げて、呼び出しを実施 • キャプチャーした値やタスクからの戻り値は、タスクを跨ぐ Task { } Task.detached { }

▶︎ よく使われる機能 2. actor インスタンスで隔離領域をつくることを印付ける型 • プロパティーをデータ競合から保護 • メソッドを競合状態から保護 • インスタンス単位で隔離領域を作り、メンバー同士は並行処理をしない • 外部からのメソッド呼出やプロパティー参照は 非同期扱い actor Operator { var state: Value func execution() }

▶︎ よく使われる機能 3. Sendable 並行安全であることを印付けるプロトコル • 隔離領域を越えて安全に受渡可能 • 並行安全な型だけが準拠している • コンパイラーが安全性を検証できなくても強制適用が可能 struct Value: Sendable { } struct Object: @unchecked Sendable { }

▶︎ よく使われる機能 4. nonisolated 非隔離であることを印付ける • 隔離領域による保護が行われない • 同期的に処理される • 通常の関数や変数は、暗黙的に nonisolated 扱いされる nonisolated func something() nonisolated(unsafe) var value: Value

▶︎ よく使われる機能 5. @MainActor メインアクター隔離であることを印付ける • いわゆるメインスレッドで処理される • プロパティー、関数、メソッド、型、タスクなどで指定可能 • 通常は非同期扱い、メインアクター隔離内では同期扱い @MainActor func something() @MainActor struct View { } @MainActor var value: Value Task { @MainActor in }

Swift Concurrency 覚えておきたい特色

▶︎ ▶︎ ▶︎ 覚えておきたい特色 中断ポイントと再入可能性 同じ隔離領域のタスクは同時実行されない（非隔離領域を除く） await では結果が得られるまで処理を中断 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() actionB() } actionX() actionY() }

▶︎ ▶︎ ▶︎ 覚えておきたい特色 中断ポイントと再入可能性 同じ隔離領域のタスクは同時実行されない（非隔離領域を除く） await では結果が得られるまで処理を中断 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 actionA() await something() actionB() } Task { @MainActor in 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 @es̲kumagai