在 Swift 中使用 async let 并發(fā)運(yùn)行后臺任務(wù)
前言
Async/await語法是在Swift 5.5 引入的，在 WWDC 2021中的 Meet async/await in Swift[1] 對齊進(jìn)行了介紹。它是編寫異步代碼的一種更可讀的方式，比調(diào)度隊列和回調(diào)函數(shù)更容易理解。Async/await 語法與其他編程語言（如C#或JavaScript）中使用的語法類似。使用 "async let "是為了并行的運(yùn)行多個后臺任務(wù)，并等待它們的綜合結(jié)果。
Swift異步編程是一種編寫允許某些任務(wù)并發(fā)運(yùn)行而不是按順序運(yùn)行的代碼的方法。這可以提高應(yīng)用程序的性能，允許它同時執(zhí)行多個任務(wù)，但更重要的是，它可以用來確保用戶界面對用戶輸入的響應(yīng)，同時任務(wù)在后臺線程上執(zhí)行。
長期運(yùn)行的任務(wù)阻塞了UI
在一個同步的程序中，代碼以線性的、從上到下的方式運(yùn)行。程序等待當(dāng)前任務(wù)完成后再進(jìn)入下一任務(wù)。這在用戶界面（UI）方面會產(chǎn)生問題，因為如果一個長期運(yùn)行的任務(wù)被同步執(zhí)行，程序就會阻塞，UI就會變得沒有反應(yīng)，直到任務(wù)完成。
下面的代碼模擬了一個長期運(yùn)行的任務(wù)，如以同步方式下載一個文件，其結(jié)果是UI 變得沒有反應(yīng)，直到任務(wù)完成。這樣的用戶體驗是不可接受的。
Model:
struct DataFile : Identifiable, Equatable {
var id: Int
var fileSize: Int
var downloadedSize = 0
var isDownloading = false
init(id: Int, fileSize: Int) {
self.id = id
self.fileSize = fileSize
}
var progress: Double {
return Double(self.downloadedSize) / Double(self.fileSize)
}
mutating func increment() {
if downloadedSize < fileSize {
downloadedSize += 1
}
}
}ViewModel:
class DataFileViewModel: ObservableObject {
@Published private(set) var file: DataFile
init() {
self.file = DataFile(id: 1, fileSize: 10)
}
func downloadFile() {
file.isDownloading = true
for _ in 0..<file.fileSize {
file.increment()
usleep(300000)
}
file.isDownloading = false
}
func reset() {
self.file = DataFile(id: 1, fileSize: 10)
}
}View:
struct TestView1: View {
@ObservedObject private var dataFiles: DataFileViewModel
init() {
dataFiles = DataFileViewModel()
}
var body: some View {
VStack {
/// 從文末源代碼獲取其實現(xiàn)
TitleView(title: ["Synchronous"])
Button("Download All") {
dataFiles.downloadFile()
}
.buttonStyle(BlueButtonStyle())
.disabled(dataFiles.file.isDownloading)
HStack(spacing: 10) {
Text("File 1:")
ProgressView(value: dataFiles.file.progress)
.frame(width: 180)
Text("\((dataFiles.file.progress * 100), specifier: "%0.0F")%")
ZStack {
Color.clear
.frame(width: 30, height: 30)
if dataFiles.file.isDownloading {
ProgressView()
.progressViewStyle(CircularProgressViewStyle(tint: .blue))
}
}
}
.padding()
Spacer().frame(height: 200)
Button("Reset") {
dataFiles.reset()
}
.buttonStyle(BlueButtonStyle())
Spacer()
}
.padding()
}
}
模擬同步下載一個文件--沒有實時更新UI
在后臺執(zhí)行任務(wù)
將 ViewModel 中的downloadFile方法修改為異步的。請注意，由于DataFile模型是被視圖監(jiān)聽的，對模型的任何改變都需要在UI線程上執(zhí)行。這是通過使用 MainActor[2] 隊列來完成的，即用MainActor.run包裹所有的模型更新。
ViewModel
class DataFileViewModel2: ObservableObject {
@Published private(set) var file: DataFile
init() {
self.file = DataFile(id: 1, fileSize: 10)
}
func downloadFile() async -> Int {
await MainActor.run {
file.isDownloading = true
}
for _ in 0..<file.fileSize {
await MainActor.run {
file.increment()
}
usleep(300000)
}
await MainActor.run {
file.isDownloading = false
}
return 1
}
func reset() {
self.file = DataFile(id: 1, fileSize: 10)
}
}View：
struct TestView2: View {
@ObservedObject private var dataFiles: DataFileViewModel2
@State var fileCount = 0
init() {
dataFiles = DataFileViewModel2()
}
var body: some View {
VStack {
TitleView(title: ["Asynchronous"])
Button("Download All") {
Task {
let num = await dataFiles.downloadFile()
fileCount += num
}
}
.buttonStyle(BlueButtonStyle())
.disabled(dataFiles.file.isDownloading)
Text("Files Downloaded: \(fileCount)")
HStack(spacing: 10) {
Text("File 1:")
ProgressView(value: dataFiles.file.progress)
.frame(width: 180)
Text("\((dataFiles.file.progress * 100), specifier: "%0.0F")%")
ZStack {
Color.clear
.frame(width: 30, height: 30)
if dataFiles.file.isDownloading {
ProgressView()
.progressViewStyle(CircularProgressViewStyle(tint: .blue))
}
}
}
.padding()
Spacer().frame(height: 200)
Button("Reset") {
dataFiles.reset()
}
.buttonStyle(BlueButtonStyle())
Spacer()
}
.padding()
}
}使用 async/await 來模擬下載一個文件，同時更新UI
在后臺執(zhí)行多個任務(wù)
現(xiàn)在我們有一個文件在后臺下載，UI顯示進(jìn)度，讓我們把它改為多個文件。ViewModel被改為持有一個DataFiles數(shù)組，而不是一個單一的文件。添加一個downloadFiles方法來遍歷所有文件并下載每一個。
視圖被綁定到DataFiles數(shù)組，并更新顯示每個文件的下載進(jìn)度。下載按鈕被綁定到異步的downloadFiles中。
ViewModel:
class DataFileViewModel3: ObservableObject {
@Published private(set) var files: [DataFile]
@Published private(set) var fileCount = 0
init() {
files = [
DataFile(id: 1, fileSize: 10),
DataFile(id: 2, fileSize: 20),
DataFile(id: 3, fileSize: 5)
]
}
var isDownloading : Bool {
files.filter { $0.isDownloading }.count > 0
}
func downloadFiles() async {
for index in files.indices {
let num = await downloadFile(index)
await MainActor.run {
fileCount += num
}
}
}
private func downloadFile(_ index: Array<DataFile>.Index) async -> Int {
await MainActor.run {
files[index].isDownloading = true
}
for _ in 0..<files[index].fileSize {
await MainActor.run {
files[index].increment()
}
usleep(300000)
}
await MainActor.run {
files[index].isDownloading = false
}
return 1
}
func reset() {
files = [
DataFile(id: 1, fileSize: 10),
DataFile(id: 2, fileSize: 20),
DataFile(id: 3, fileSize: 5)
]
}
}View:
struct TestView3: View {
@ObservedObject private var dataFiles: DataFileViewModel3
init() {
dataFiles = DataFileViewModel3()
}
var body: some View {
VStack {
TitleView(title: ["Asynchronous", "(multiple Files)"])
Button("Download All") {
Task {
await dataFiles.downloadFiles()
}
}
.buttonStyle(BlueButtonStyle())
.disabled(dataFiles.isDownloading)
Text("Files Downloaded: \(dataFiles.fileCount)")
ForEach(dataFiles.files) { file in
HStack(spacing: 10) {
Text("File \(file.id):")
ProgressView(value: file.progress)
.frame(width: 180)
Text("\((file.progress * 100), specifier: "%0.0F")%")
ZStack {
Color.clear
.frame(width: 30, height: 30)
if file.isDownloading {
ProgressView()
.progressViewStyle(CircularProgressViewStyle(tint: .blue))
}
}
}
}
.padding()
Spacer().frame(height: 150)
Button("Reset") {
dataFiles.reset()
}
.buttonStyle(BlueButtonStyle())
Spacer()
}
.padding()
}
}
使用async await來模擬按順序下載多個文件
下載多個文件
使用 "async let "來模擬并發(fā)下載多個文件的情況。
上面的代碼可以被改進(jìn)，以并行地執(zhí)行多個下載，因為每個任務(wù)都是獨立于其他任務(wù)的。在Swift并發(fā)中，這是用async let實現(xiàn)的，它用一個承諾立即給一個變量賦值，允許代碼執(zhí)行下一行代碼。然后，代碼等待這些承諾，等待最終結(jié)果的完成。
async/await：
func downloadFiles() async {
for index in files.indices {
let num = await downloadFile(index)
await MainActor.run {
fileCount += num
}
}
}async let：
func downloadFiles() async {
async let num1 = await downloadFile(0)
async let num2 = await downloadFile(1)
async let num3 = await downloadFile(2)
let (result1, result2, result3) = await (num1, num2, num3)
await MainActor.run {
fileCount = result1 + result2 + result3
}
}ViewModel：
class DataFileViewModel4: ObservableObject {
@Published private(set) var files: [DataFile]
@Published private(set) var fileCount = 0
init() {
files = [
DataFile(id: 1, fileSize: 10),
DataFile(id: 2, fileSize: 20),
DataFile(id: 3, fileSize: 5)
]
}
var isDownloading : Bool {
files.filter { $0.isDownloading }.count > 0
}
func downloadFiles() async {
async let num1 = await downloadFile(0)
async let num2 = await downloadFile(1)
async let num3 = await downloadFile(2)
let (result1, result2, result3) = await (num1, num2, num3)
await MainActor.run {
fileCount = result1 + result2 + result3
}
}
private func downloadFile(_ index: Array<DataFile>.Index) async -> Int {
await MainActor.run {
files[index].isDownloading = true
}
for _ in 0..<files[index].fileSize {
await MainActor.run {
files[index].increment()
}
usleep(300000)
}
await MainActor.run {
files[index].isDownloading = false
}
return 1
}
func reset() {
files = [
DataFile(id: 1, fileSize: 10),
DataFile(id: 2, fileSize: 20),
DataFile(id: 3, fileSize: 5)
]
}
}View：
struct TestView4: View {
@ObservedObject private var dataFiles: DataFileViewModel4
init() {
dataFiles = DataFileViewModel4()
}
var body: some View {
VStack {
TitleView(title: ["Parallel", "(multiple Files)"])
Button("Download All") {
Task {
await dataFiles.downloadFiles()
}
}
.buttonStyle(BlueButtonStyle())
.disabled(dataFiles.isDownloading)
Text("Files Downloaded: \(dataFiles.fileCount)")
ForEach(dataFiles.files) { file in
HStack(spacing: 10) {
Text("File \(file.id):")
ProgressView(value: file.progress)
.frame(width: 180)
Text("\((file.progress * 100), specifier: "%0.0F")%")
ZStack {
Color.clear
.frame(width: 30, height: 30)
if file.isDownloading {
ProgressView()
.progressViewStyle(CircularProgressViewStyle(tint: .blue))
}
}
}
}
.padding()
Spacer().frame(height: 150)
Button("Reset") {
dataFiles.reset()
}
.buttonStyle(BlueButtonStyle())
Spacer()
}
.padding()
}
}
使用 "async let "來模擬并行下載多個文件的情況
結(jié)論
在后臺執(zhí)行長期運(yùn)行的任務(wù)并保持UI的響應(yīng)是很重要的。async/await提供了一個干凈的機(jī)制來執(zhí)行異步任務(wù)。有的時候，一個方法在后臺調(diào)用多個方法，默認(rèn)情況下是按順序進(jìn)行這些調(diào)用。async 讓其立即返回，允許代碼進(jìn)行下一個調(diào)用，然后所有返回的對象可以一起等待。這使得多個后臺任務(wù)可以并行進(jìn)行。
GitHub 上提供了 AsyncLetApp[3] 的源代碼。
參考資料
[1]Meet async/await in Swift - introduction video from Apple: https://developer.apple.com/videos/play/wwdc2021/10132/。
[2]MainActor: https://developer.apple.com/documentation/swift/mainactor/。
[3]Async Let app source code on GitHub: https://github.com/SwiftCommunityRes/swiftAsyncBackgroundTasks。
