Sendable — その概要、スレッドセーフティプロトコル

SwiftにおけるSendableプロトコルとは？

Sendableは、Swift標準ライブラリ（SE-0302）のプロトコルで、隔離ドメイン間での受け渡しに安全な型をマークします。隔離ドメインとは、actor、Task、@MainActorコンテキストを意味します。Sendableに要件はありません — セーフティマーカーとして機能します。

Sendableが必要な理由

Swift 5.5以前は、開発者はDispatchQueueを介して任意のオブジェクトをスレッド間で受け渡しでき、コンパイラはそれが安全かどうかをチェックしませんでした。Sendableはこのギャップを埋めます。今ではコンパイラ自体がスレッド間の転送を追跡し、安全でないものをブロックします。これにより、並行コードは実行前からより信頼性が高くなります。

struct UserProfile: Sendable {
    let name: String
    let age: Int
}

class NonSendableClass {
    var counter: Int = 0
}

この例では、UserProfileはSendable型の定数プロパティを持つ構造体であるため、スレッド間で安全に受け渡しできます。NonSendableClassは、awaitを介してまたはTaskに受け渡そうとするとコンパイルエラーになります。

デフォルトでSendableに準拠する型

SwiftのSendable型は3つのカテゴリに分類されます。Sendableプロパティを持つ値型、不変状態のfinalクラス、@Sendableでマークされた関数/クロージャです。コンパイラは値型に対して自動的にSendable準拠を推論します。

値型と自動準拠

Struct、Enumおよびタプルは、すべてのプロパティと関連値がSendableであれば自動的にSendableになります。これは保守的なアプローチです。1つのプロパティでもSendableに準拠していない場合、型全体が安全として認識されません。

基本型

すべてのSwift組み込み型 — Int、String、Double、Bool、Optional、Array、Dictionary、Set — はSendableに準拠しています。これにより、型の合成がデフォルトで安全になります。開発者はカスタムクラスにのみ注意する必要があります。

Sendableとクラス: @unchecked Sendable

@unchecked Sendableは、クラスがコンパイラのチェックをバイパスして明示的に自身をSendableと宣言できるメカニズムです。開発者はそのようなクラスのスレッドセーフティの責任を負います。これはObjective-Cブリッジや最適化された構造に役立ちます。

@unchecked Sendableを使用するタイミング

@unchecked Sendableは、クラスが内部的にロックやアトミック操作によって安全性を保証しているが、コンパイラが静的に検証できない場合に使用されます。たとえば、os_unfair_lockやpthread_mutex_tを持つクラス — そのスレッドセーフティはコードによって保証されていますが、Swiftはそれを認識しません。

final class AtomicCounter: @unchecked Sendable {
    private var value: Int = 0
    private let lock = NSLock()
    
    func increment() {
        lock.lock()
        value += 1
        lock.unlock()
    }
}

@unchecked Sendableの使用は慎重に行う必要があります。これは他の開発者への明確なシグナルです。「確認済み、安全です」。実装のミスは発見が困難な競合を引き起こす可能性があります。@uncheckedを使用する前に、型が本当に値型として書き直せないことを確認してください。

Actorと組み合わせたSendable

ActorとSendableは表裏一体です。Actorはその状態を隔離しますが、外部の世界とデータを交換するにはSendable型を返す必要があります。Actorメソッドが非Sendable型を返す場合、コンパイラは警告またはエラーを発します。

Sendableを介したデータ転送

Actorが外部コードにデータを送信するとき、このデータは隔離境界を越えます。Sendableは、受信者がActor外でデータを安全に使用できることを保証します。Actor自体は隔離されたままです — その内部状態は公開されません。

struct AccountSnapshot: Sendable {
    let id: UUID
    let balance: Double
    let lastUpdated: Date
}

actor BankActor {
    private var balance: Double = 0
    
    func snapshot() async -> AccountSnapshot {
        return AccountSnapshot(
            id: UUID(),
            balance: balance,
            lastUpdated: Date()
        )
    }
}

AccountSnapshotは、Sendable型のletプロパティのみを持つSendable構造体です。このアプローチはActorからデータを抽出するためのベストプラクティスです。状態のスナップショットは値で渡され、Actorはその状態の制御を失いません。

Sendable関数とクロージャ

@Sendableは、クロージャが非Sendableデータを可変形式でキャプチャしないことを保証する関数とクロージャの属性です。クロージャがTaskやActorメソッドに渡されるとき、それはSendableでなければなりません。

@Sendableクロージャでのキャプチャチェック

コンパイラは、@Sendableクロージャがクラスへの可変参照をキャプチャしないことをチェックします。Sendable型のletプロパティのキャプチャは許可されています。参照型のvar変数をキャプチャすると、クロージャがミューテーションと同時に実行される可能性があるため、エラーになります。

func performAsync(operation: @Sendable () -> Void) {
    Task {
        await operation()
    }
}

let constant = "Safe"
var counter = 0
// counter — varをキャプチャするとcounterがミューテートされ、コンパイルエラー
performAsync { // ❌ キャプチャされた変数のミューテーション
    print(constant)
}

ルールはシンプルです。@Sendableクロージャは、それ自体がSendableであり、外部からミューテーションされないデータのみをキャプチャできます。クラスの場合、クラスがSendableとしてマークされていなければ、弱参照weak selfのキャプチャが許可されます。これにより、古典的な retain cycle や競合状態を防ぎます。