اکتور — این چیست، انزواک داده‌ها و همروانی

Actor در Swift چیست؟

Actor — یک نوع ارجاعی مانند کلاس است، اما با حفاظت خودکار از مسابقه داده‌ها. آن در Swift 5.5 به عنوان بخشی از سیستم همروانی همراه با async/await و Task معرفی شد. Actor تضمین می‌کند که وضعیت تغییرپذیر آن هرگز بدون همگام‌سازی صریح از رشته‌های مختلف به طور همزمان خوانده یا نوشته نمی‌شود.

املای اعلام Actor

برای اعلام actor از کلمه کلیدی actor استفاده می‌شود، پس از آن اقواس می‌آید با اعضای آن. از نظر نحوی، actor مانند کلاس است، اما رفتار آن اساساً متفاوت است.

actor BankAccount {
    private var balance: Double
    
    init(initialBalance: Double) {
        self.balance = initialBalance
    }
    
    func deposit(amount: Double) {
        balance += amount
    }
    
    func getBalance() -> Double {
        return balance
    }
}

کامپایلر همه ویژگی‌ها و روش‌های actor را به طور خودکار انزوان می‌کند تا فقط در داخل منطقه اکتور در دسترس باشند. در صورت تلاش برای دسترسی به balance از خارج actor، اگر فراخوانی به عنوان async علامت‌گذاری نشده باشد، کامپایلر خطا خواهد داد.

انزواک داده‌ها در Actor چگونه کار می‌کند

انزواک داده‌ها — مفهوم کلیدی actor است. Actor دسترسی متقابل به وضعیت خود را از طریق مکانیسم اجراینده اکتور (actor executor) تضمین می‌کند. هر actor اجراینده مخصوص خود را دارد که تمامی مراجعات به اعضای انزوان شده آن را به طور متوالی پردازش می‌کند.

اصل کار انزواک

وقتی کد خارج از actor روش آن را فراخوان می‌کند، فراخوانی در صف انتظار اجراینده اکتور قرار می‌گیرد. Actor فقط یک وظیفه را همزمان انجام می‌دهد که عدم وجود مسابقه را تضمین می‌کند. اگر دو رشته همزمان deposit را فراخوان کنند، فراخوانی دوم منتظر تکمیل اولی می‌ماند.

let account = BankAccount(initialBalance: 1000.0)
// فراخوانی ناهمگبام — از خارج actor مورد نیاز است
await account.deposit(amount: 500.0)
let currentBalance = await account.getBalance()

هر فراخوانی از روش actor به await نیاز دارد، چون actor ممکن است مشغول وظیفه دیگری باشد. این یک اشتباه نیست، بلکه طراحی آگاهانه‌ای برای جلوگیری از مسابقه است. Swift به صورت ضمنی getter و setter ویژگی‌های actor را async می‌کند، بنابراین خواندن ویژگی نیز به await نیاز دارد.

تفاوت‌های اصلی Actor و کلاس

Actor و کلاس هر دو نوع ارجاعی هستند، اما رفتار آن‌ها در محیط چندرشته‌ای اساساً متفاوت است. کلاس هیچ حفاظت خودکاری در برابر مسابقه تأمین نمی‌کند، در حالی که actor آن را در سطح کامپایلر از طریق سیستم نوع جاری می‌کند.

ارث‌بری Actor

Actor فقط می‌تواند از دیگر actor ارث‌بری کند و نمی‌تواند از کلاس ارث‌بری کند. این به صورت آگاهانه انجام شده است، زیرا کلاس مکانیسم انزواک اکتور را ندارد و اختلاط دو مدل منجر به رفتار نامشخص می‌شد.

actor SavingsAccount: BankAccount {
    func applyInterest(rate: Double) {
        let interest = balance * rate
        balance += interest
    }
}

فراخوانی‌های ناهمگبام روش‌های Actor

فراخوانی‌های ناهمگبام — مکانیسم تعامل با actor از کد خارجی است. از آنجایی که actor وضعیت خود را انزوان می‌کند، هر دسترسی به اعضای آن از خارج به await نیاز دارد. این به Swift امکان می‌دهد تضمین کند که کد فراخواننده رشته را بلوک نمی‌کند و actor می‌تواند سایر درخواست‌ها را پردازش کند.

Actorهای سراسری و محلی

علاوه بر نوع‌های actor اعلام شده، Swift از actorهای سراسری پشتیبانی می‌کند — ویژگی @MainActor که کلاس‌ها، ویژگی‌ها یا روش‌ها را برای اجرا در رشته اصلی علامت‌گذاری می‌کند. این به ویژه هنگام کار با UIKit و SwiftUI مفید است.

@MainActor
class ViewModel: ObservableObject {
    @Published var title: String = ""
    
    func updateTitle() {
        // این کد تضمین شده است که روی رشته اصلی اجرا شود
        title = "New Title"
    }
}

استفاده از @MainActor نیاز به فراخوانی دستی DispatchQueue.main.async را از بین می‌برد، که کد را تمیزتر و ایمن‌تر می‌کند. کامپایلر اطمینان می‌یابد که تغییر به رشته اصلی به درستی انجام می‌شود.

منطقه Nonisolated و actor-isolated

Nonisolated — کلمه کلیدی است که به شما امکان می‌دهد یک روش یا ویژگی محاسبه‌شدنی actor را به عنوان غیر انزوان علامت‌گذاری کنید. چنین اعضایی به وضعیت انزوان شدهٔ actor دسترسی ندارند، اما می‌توانند بدون await از خارج actor فراخوان شوند.

توابع Nonisolated

روش‌های Nonisolated برای محاسباتی که به وضعیت تغییرپذیر actor وابسته نیستند مفید هستند. به عنوان مثال، روش formatBalance به طور مستقیم به balance دسترسی ندارد و فقط مقدار واردی را فرمت‌دهی می‌کند — چنین روشی را می‌توان به طور ایمن nonisolated کرد.

actor BankAccount {
    private var balance: Double = 0
    
    nonisolated func formatBalance(amount: Double) -> String {
        return "$\(amount)"
    }
}

اعضای nonisolated به صورت همگام اجرا می‌شوند و نیازی به await ندارند. اما نمی‌توانند به طور مستقیم ویژگی‌های انزوان شدهٔ actor را بخوانند. اگر روش nonisolated به مقداری از actor نیاز داشته باشد، باید آن را به عنوان پارامتر ارسال کند.

Reentrancy و ورود مجدد

Reentrancy — مکانیسمی است که ورود مجدد به actor را در زمان انتظار برای فراخوانی ناهمگبام مجاز می‌کند. بدون reentrancy، actor می‌توانست به طور جاویدان مسدود شود اگر یک روش آن منتظر دیگری باشد که آن هم منتظر اولی است.

Reentrancy چگونه کار می‌کند

وقتی کد داخل actor await انجام می‌دهد، actor وظیفه فعلی را متوقف می‌کند و می‌تواند دیگری را که در صف قرار دارد پردازش کند. پس از تکمیل await، وظیفه از سر گیری ادامه می‌یابد. این از deadlock جلوگیری می‌کند، اما نیازمند احتیاط است: وضعیت actor بین نقاط await می‌تواند تغییر کند.

actor DataProcessor {
    var cache: [Int: String] = [:]
    
    func process(id: Int) async -> String {
        if let cached = cache[id] {
            return cached
        }
        // await — نقطه ورود مجدد
        let result = await fetchData(id: id)
        // کش ممکن است پس از await تغییر کرده باشد — مجدداً بررسی کنید
        cache[id] = result
        return result
    }
}

توسعه‌دهندگان باید reentrancy را در نظر بگیرند و وضعیت actor را پس از نقاط await بررسی کنند. یک اشتباه معمولی این است که فرض کنیم انزواک actor در طول توقف‌های ناهمگبام حفظ می‌شود. در عمل، بین await و عبارت بعدی، وضعیت می‌تواند از حالت مورد انتظار متفاوت باشد.