圖解 Swift async/await
Swift 開(kāi)發(fā)者終于在 WWDC21 中盼來(lái)了 async/await。作為現(xiàn)代編程語(yǔ)言的標(biāo)志之一，async/await 可以讓我們像編寫(xiě)常規(guī)代碼一樣，輕松地編寫(xiě)異步代碼，這樣能更直觀且更安全地表達(dá)我們的思路。同時(shí)，async/await 是整個(gè) Swift 結(jié)構(gòu)化并發(fā)的基礎(chǔ)，所以我們從這個(gè) Session 開(kāi)始，一起來(lái)探索 Swift 新的并發(fā)框架。
加載縮略圖步驟
這個(gè) Session 通過(guò)加載縮略圖片為我們演示了 async/await 的使用。加載縮略圖片分為以下幾個(gè)步驟：
? 從 URL 字符串創(chuàng)建一個(gè) URLRequest 對(duì)象；
? URLSession 的 dataTask(with:completion:) 方法獲取要請(qǐng)求圖片數(shù)據(jù)；
? UIImage(data:) 從圖片數(shù)據(jù)中創(chuàng)建一個(gè)圖像；
? UIImage 的 prepareThumbnail 方法從原始圖像中渲染一個(gè)縮略圖
這些操作的每一步都依賴于前一個(gè)步驟的結(jié)果，所以必須按順序執(zhí)行。在這四步操作中，第二步和第四步會(huì)比較費(fèi)時(shí)，所以這兩步操作一般通過(guò)異步調(diào)用來(lái)完成。
原始版本代碼
原始的調(diào)用方式如上代碼所示，這里定義了一個(gè) fetchThumbnail 函數(shù)，其中有一個(gè) completion 參數(shù)，用于將輸出返回給調(diào)用者。
fetchThumbnail 函數(shù)體中規(guī)中舉地按以上步驟來(lái)完成任務(wù)
? 調(diào)用 thumbnailURLRequest，該操作是同步的；
? 調(diào)用 URLSession 的 dataTask(with:completion:)，這是個(gè)異步操作，需要調(diào)用 resume() 方法啟動(dòng)異步工作；fetchThumbnail 返回執(zhí)行其它任務(wù)
? 在 dataTask(with:completion:) 的完成處理程序中，處理獲取數(shù)據(jù)后的操作；
? 正常獲取數(shù)據(jù)的情況下，通過(guò) UIImage(data:) 來(lái)創(chuàng)建一個(gè)圖像，這個(gè)操作是同步的；
? 調(diào)用 UIImage 對(duì)象的 prepareThumbnail 方法生成縮略圖，該方法也是個(gè)異步方法；
這里有兩個(gè)明顯的問(wèn)題：
? 必須時(shí)刻注意在哪里需要調(diào)用 completion（這里就有 5 處），如果忘記調(diào)用 completion 來(lái)通知調(diào)用者失?。⊿wift 不能保證強(qiáng)制執(zhí)行 completion），則可能導(dǎo)致流程異常；
? 這里大約 20 行的代碼，看似是按流程來(lái)走，但層層嵌套會(huì)讓代碼顯示更加晦澀（所謂的回調(diào)地獄）；
有一些現(xiàn)成的改進(jìn)方案，但效果并不理想：
? completion 的入?yún)⒖梢允褂脴?biāo)準(zhǔn)庫(kù)的 Result，會(huì)更安全一點(diǎn)，但也只是一點(diǎn)點(diǎn)；
? 類(lèi) future 方法，但代碼沒(méi)有更簡(jiǎn)潔和安全
現(xiàn)在，必須祭出 async/await 了。
async/await 版本代碼
async/await 版本代碼如上所示。
函數(shù)簽名有幾處明顯的變化：
? 入?yún)⒉辉俚?completion 處理程序；
? 返回值是 UIImage 類(lèi)型，表示函數(shù)返回的縮略圖，同時(shí)通過(guò)關(guān)鍵字 throws 標(biāo)識(shí)可以拋出一個(gè)異常；
? 在 throws 前面添加了關(guān)鍵字 async，表明這是一個(gè)異步函數(shù)（注意：如果沒(méi)有 throws 關(guān)鍵字，則 async 直接放在 -> 前面）
fetchThumbnail 的實(shí)現(xiàn)更加簡(jiǎn)潔明了：
? 調(diào)用依然從 thumbnailURLRequest 開(kāi)始，該操作是同步的，阻塞線程；
? 調(diào)用 URLSession 的 data(for:) 開(kāi)始下載數(shù)據(jù)，這里有幾個(gè)變化
? 使用 await 標(biāo)記方法調(diào)用，表明這是一個(gè)異步操作；如果一個(gè)表達(dá)式里面有多個(gè)異步函數(shù)調(diào)用，則只需要寫(xiě)一次 await
? data(for: ) 方法是可等待的，調(diào)用后，會(huì)掛起自己，解除線程阻塞；
? 使用 try 是因?yàn)?fetchThumbnail 被標(biāo)記為 throws，如果網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求有異步，則直接拋出異常；
? data(for:) 完成后，恢復(fù) fetchThumbnail，并將返回的數(shù)據(jù)及請(qǐng)求響應(yīng)賦值給 data 和 response，就像普通的賦值操作一樣；
? 判斷響應(yīng)是否有效，如果響應(yīng)碼不為 200，則拋出異步，這一步為同步操作；
? 正常獲取數(shù)據(jù)后，通過(guò) UIImage(data:) 來(lái)創(chuàng)建一個(gè)圖像，這個(gè)操作是同步的；
? 調(diào)用 UIImage 對(duì)象的 thumbnail 屬性生成縮略圖，這是個(gè)可等待的屬性（此處為非 SDK 內(nèi)置的屬性，而是自定義的屬性），這里同樣使用 await 來(lái)標(biāo)識(shí)異步操作；如果 thumbnail 失敗，則拋出一個(gè)異常；
我們可以看到，短短的 6 行代碼就實(shí)現(xiàn)了上面大約 20 行代碼的功能，優(yōu)點(diǎn)顯而易見(jiàn)：
? 更安全：整個(gè)過(guò)程能確保出錯(cuò)時(shí)拋出異常；
? 更簡(jiǎn)潔：避免的代碼的層層嵌套；
? 更能體現(xiàn)意圖：整個(gè)代碼基本是和我們預(yù)定的流程保持了一致；
可等待屬性
如上代碼，是上面使用的 thumbnail 屬性的實(shí)現(xiàn)。它是 UIImage 的一個(gè)擴(kuò)展屬性。
這里需要注意幾點(diǎn)：
? 異步屬性必須是只讀的，可寫(xiě)屬性不能聲明為異步屬性；
? 異步屬性需要有一個(gè)明確的 getter，async 關(guān)鍵字位于 get 后；
? 從 Swift 5.5 開(kāi)始，getter 也可以拋出異常，如果同時(shí)是異步的，則 async 關(guān)鍵字位于 throws 前面；
? await 可用于屬性 body 中的表達(dá)式，以表明操作的異步性；
調(diào)用流程對(duì)比
普通函數(shù)的調(diào)用流程如上圖所示：
? 調(diào)用函數(shù)；
? 函數(shù)獲取線程的控制權(quán)，并完全占用該線程；
? 函數(shù)執(zhí)行完成返回或者拋出錯(cuò)誤，將控制權(quán)交還調(diào)用方
這里普通函數(shù)放棄線程控制權(quán)的唯一方式就是執(zhí)行完成。
而異步函數(shù)的調(diào)用流程則如上圖所示：
? 調(diào)用函數(shù)；
? 函數(shù)獲得線程控制權(quán)；
? 函數(shù)運(yùn)行后，掛起，同時(shí)放棄對(duì)線程的控制，并將控制權(quán)交給系統(tǒng)，系統(tǒng)可自由支配該線程；
? 系統(tǒng)確定何時(shí)恢復(fù)函數(shù)；
? 函數(shù)恢復(fù)后重新獲得控制權(quán)，并繼續(xù)工作；
? 函數(shù)執(zhí)行完成或拋出異常后，返回調(diào)用方，將控制權(quán)交還給調(diào)用方
這里需要注意幾點(diǎn)：
? 一個(gè)異步函數(shù)掛起時(shí)，也會(huì)掛起它的調(diào)用者，所以調(diào)用者也必須是異步的；
? 異步函數(shù)可以多次掛起，就像上面的 fetchThumbnail 方法一樣使用了兩個(gè) await 關(guān)鍵字；
? 異步函數(shù)掛起時(shí)，不會(huì)阻塞線程；
? 異步函數(shù)可能會(huì)在一個(gè)完全不同的線程上恢復(fù)；
? async 函數(shù)并不一定會(huì)掛起；
單元測(cè)試
以往，我們想要對(duì)網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求任務(wù)做一些單元測(cè)試時(shí)，需要借助 XCTestExpectation 這個(gè)類(lèi)。
而有了 async/await 后，異步函數(shù)的單元測(cè)試更加簡(jiǎn)單了。
異步任務(wù)
我們上面提到，異步函數(shù)的調(diào)用者也需要是異步函數(shù)。但有些情況下，確實(shí)需要在同步方法中調(diào)用異步函數(shù)，這時(shí)就需要用到異步任務(wù)功能了。
即如上代碼，通過(guò) async 閉包將任務(wù)打包，以執(zhí)行異步操作。
代碼遷移
對(duì)于老代碼，我們更關(guān)注的是如何更好地使用上新特性。對(duì)于 async/await，Swift 團(tuán)隊(duì)也為我們做了很多準(zhǔn)備：
? 提供了大量的異步 API，以替代采用完成處理程序的 API
? 許多委托方法也有相應(yīng)的異步替代方法
Continuation 模式
Swift 是如何與系統(tǒng)協(xié)作，完成異步代碼的恢復(fù)呢。答案就是 Continuation 模式，方法的調(diào)用者等待函數(shù)調(diào)用的結(jié)果并提供一個(gè)閉包來(lái)指定下一步要做什么。當(dāng)函數(shù)調(diào)用完成時(shí)，調(diào)用完成處理程序恢復(fù)調(diào)用者想要對(duì)結(jié)果執(zhí)行的操作。這種協(xié)同執(zhí)行正是 Swift 中異步函數(shù)的工作方式。
為此，Swift 提供了 withCheckedThrowingContinuation 函數(shù)
Suspends the current task, then calls the given closure with a checked throwing continuation for the current task.
以及 CheckedContinuation 結(jié)構(gòu)體
A mechanism to interface between synchronous and asynchronous code, logging correctness violations.
通過(guò)這些結(jié)構(gòu)體和函數(shù)，調(diào)用方可以訪問(wèn)可用于恢復(fù)掛起的異步函數(shù)的延續(xù)值。CheckedContinuation 結(jié)構(gòu)體還提供了多個(gè) resume 方法，用來(lái)回傳結(jié)果值。
Continuation 提供了一種強(qiáng)大的方式來(lái)手動(dòng)控制異步函數(shù)的執(zhí)行，不過(guò)有一點(diǎn)需要記?。?br style="box-sizing: border-box;">
resume 在每個(gè)代碼分支上必須且只能調(diào)用一次
如果某個(gè)分支沒(méi)有調(diào)用 resume，異步調(diào)用將永遠(yuǎn)掛起；而如果某個(gè)分支調(diào)用了多次，則可能會(huì)破壞程序數(shù)據(jù)。這兩種情況 Swift 都會(huì)給出警告或錯(cuò)誤。
小結(jié)
以上就是對(duì)《Meet async/await in Swift》的整理，展示了 async/await 的使用及運(yùn)行機(jī)制，歡迎來(lái)到 Swift 新世界。
-End-
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