Swift Actor 持久化

Swift Actor 实现线程安全持久化

使用 Swift Actor 构建线程安全数据持久化层的模式。结合内存缓存与文件存储，利用 Actor 模型在编译时消除数据竞争。

使用场景

• 在 Swift 5.5+ 中构建数据持久化层
• 需要对共享可变状态进行线程安全访问
• 希望消除手动同步机制（锁、DispatchQueue）
• 构建具有本地存储的离线优先应用

核心模式

基于 Actor 的仓库

Actor 模型保证序列化访问——由编译器强制确保无数据竞争。

public actor LocalRepository<T: Codable & Identifiable> where T.ID == String {
    private var cache: [String: T] = [:]
    private let fileURL: URL

    public init(directory: URL = .documentsDirectory, filename: String = "data.json") {
        self.fileURL = directory.appendingPathComponent(filename)
        // 在 init 中同步加载（此时 Actor 隔离尚未生效）
        self.cache = Self.loadSynchronously(from: fileURL)
    }

    // MARK: - 公开 API

    public func save(_ item: T) throws {
        cache[item.id] = item
        try persistToFile()
    }

    public func delete(_ id: String) throws {
        cache[id] = nil
        try persistToFile()
    }

    public func find(by id: String) -> T? {
        cache[id]
    }

    public func loadAll() -> [T] {
        Array(cache.values)
    }

    // MARK: - 私有方法

    private func persistToFile() throws {
        let data = try JSONEncoder().encode(Array(cache.values))
        try data.write(to: fileURL, options: .atomic)
    }

    private static func loadSynchronously(from url: URL) -> [String: T] {
        guard let data = try? Data(contentsOf: url),
              let items = try? JSONDecoder().decode([T].self, from: data) else {
            return [:]
        }
        return Dictionary(uniqueKeysWithValues: items.map { ($0.id, $0) })
    }
}

使用方式

由于 Actor 隔离，所有调用会自动变为异步：

let repository = LocalRepository<Question>()

// 读取——基于内存缓存的快速 O(1) 查找
let question = await repository.find(by: "q-001")
let allQuestions = await repository.loadAll()

// 写入——原子地更新缓存并持久化到文件
尝试 await repository.save(newQuestion)
尝试 await repository.delete("q-001")

结合 @Observable ViewModel

@Observable
final class QuestionListViewModel {
    private(set) var questions: [Question] = []
    private let repository: LocalRepository<Question>

    init(repository: LocalRepository<Question> = LocalRepository()) {
        self.repository = repository
    }

    func load() async {
        questions = await repository.loadAll()
    }

    func add(_ question: Question) async throws {
        尝试 await repository.save(question)
        questions = await repository.loadAll()
    }
}

关键设计决策

决策	理由
Actor（而非类加锁）	编译器强制线程安全，无需手动同步
内存缓存 + 文件持久化	快速读取缓存，持久化写入磁盘
同步初始化加载	避免异步初始化的复杂性
以 ID 为键的字典	通过标识符实现 O(1) 查找
泛型约束 Codable & Identifiable	可复用于任何模型类型
原子文件写入 (.atomic)	防止崩溃时部分写入

最佳实践

• 对跨越 Actor 边界的所有数据使用 Sendable 类型
• 保持 Actor 的公开 API 最小化——仅暴露领域操作，而非持久化细节
• 使用 .atomic 写入——防止应用在写入过程中崩溃时数据损坏
• 在 init 中同步加载——异步初始化器增加了复杂性，但对本地文件收益甚微
• 结合 @Observable ViewModel——实现响应式 UI 更新

应避免的反模式

• 在新的 Swift 并发代码中使用 DispatchQueue 或 NSLock 代替 Actors
• 向外部调用者暴露内部缓存字典
• 未经验证就使文件 URL 可配置
• 忘记所有 Actor 方法调用都需要 await——调用者必须处理异步上下文
• 使用 nonisolated 绕过 Actor 隔离（违背了设计初衷）

适用场景

• iOS/macOS 应用中的本地数据存储（用户数据、设置、缓存内容）
• 稍后同步到服务器的离线优先架构
• 应用中多个部分并发访问的任何共享可变状态
• 用现代 Swift 并发取代传统的基于 DispatchQueue 的线程安全方案