Swift 演员持久化

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。

何时激活

• 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（锁、调度队列）
• 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 模型保证串行化访问——无数据竞争，由编译器强制执行。

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 期间同步加载（actor 隔离尚未激活）
        self.cache = Self.loadSynchronously(from: fileURL)
    }

    // MARK: - 公共 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

    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，所有调用自动变为异步：

let repository = LocalRepository<Question>()

// 读取——O(1) 快速查找，来自内存缓存
let question = await repository.find(by: "q-001")
let allQuestions = await repository.loadAll()

// 写入——原子性更新缓存并持久化到文件
try await repository.save(newQuestion)
try 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 {
        try await repository.save(question)
        questions = await repository.loadAll()
    }
}

关键设计决策

决策	理由
Actor（非 类 + 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	快速读取来自缓存，持久写入到磁盘
同步初始化加载	避免异步初始化复杂性
以 ID 为键的字典	O(1) 标识符查找
泛型约束 Codable & Identifiable	可跨任意模型类型重用
原子文件写入 (.atomic)	防止崩溃时部分写入

最佳实践

• 对所有跨 actor 边界的数据使用 Sendable 类型
• 保持 actor 的公共 API 最小化——仅暴露领域操作，不暴露持久化细节
• 使用 .atomic 写入以防止应用在写入过程中崩溃时数据损坏
• 在 init 中同步加载——异步初始化器增加复杂性，对本地文件益处有限
• 与 @Observable ViewModel 结合实现响应式 UI 更新

应避免的反模式

• 在新的 Swift 并发代码中使用 DispatchQueue 或 NSLock 替代 actors
• 将内部缓存字典暴露给外部调用者
• 使文件 URL 可配置而不加验证
• 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（违背目的）

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）
• 离线优先架构，后续同步到服务器
• 应用中多个并发部分访问的任何共享可变状态
• 用现代 Swift 并发替换旧的基于调度队列的线程安全方案