使用 Swift Actor 進行執行緒安全持久化
使用 Swift Actor 建構執行緒安全資料持久化層的模式。結合記憶體快取與檔案備份儲存,利用 Actor 模型在編譯時消除資料競爭。
何時啟用
- 在 Swift 5.5+ 中建構資料持久化層
- 需要執行緒安全地存取共享可變狀態
- 希望消除手動同步(鎖、DispatchQueue)
- 建構具有本地儲存的離線優先應用程式
核心模式
基於 Actor 的儲存庫
Actor 模型保證序列化存取 — 無資料競爭,由編譯器強制執行。
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)
// 初始化期間同步載入(Actor 隔離尚未啟用)
self.cache = Self.loadSynchronously(from: fileURL)
}
// MARK: - 公開 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
由於 Actor 隔離,所有呼叫都會自動非同步:
let repository = LocalRepository<Question>()
// 讀取 — 從記憶體快取快速 O(1) 查詢
let question = await repository.find(by: "q-001")
let allQuestions = await repository.loadAll()
// 寫入 — 更新快取並原子性地持久化到檔案
try await repository.save(newQuestion)
try await repository.delete("q-001")
搭配 @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()
}
}
關鍵設計決策
| 決策 | 理由 |
|---|---|
| Actor(而非 class + lock) | 編譯器強制執行執行緒安全,無需手動同步 |
| 記憶體快取 + 檔案持久化 | 從快取快速讀取,寫入磁碟持久可靠 |
| 同步初始化載入 | 避免非同步初始化的複雜性 |
| 以 ID 為鍵的字典 | 按識別碼 O(1) 查詢 |
泛型 Codable & Identifiable | 可重複用於任何模型類型 |
原子性檔案寫入 (.atomic) | 防止崩潰時的部分寫入 |
最佳實踐
- 使用
Sendable類型 用於所有跨越 Actor 邊界的資料 - 保持 Actor 的公開 API 最小化 — 只暴露領域操作,不暴露持久化細節
- 使用
.atomic寫入 以防止應用程式在寫入中途崩潰時資料損毀 - 在
init中同步載入 — 非同步初始化器會增加複雜性,對本地檔案好處不大 - 搭配
@ObservableViewModel 以實現響應式 UI 更新
應避免的反模式
- 在新的 Swift 並行程式碼中使用
DispatchQueue或NSLock取代 Actor - 將內部快取字典暴露給外部呼叫者
- 讓檔案 URL 可設定但未經驗證
- 忘記所有 Actor 方法呼叫都需要
await— 呼叫者必須處理非同步上下文 - 使用
nonisolated繞過 Actor 隔離(違背目的)
使用時機
- iOS/macOS 應用程式中的本地資料儲存(使用者資料、設定、快取內容)
- 離線優先架構,後續同步到伺服器
- 任何應用程式中多個部分同時存取的共享可變狀態
- 用現代 Swift 並行取代舊式基於
DispatchQueue的執行緒安全