Sendable — що це таке, протокол потокобезпеки

Що таке протокол Sendable у Swift?

Sendable — це протокол зі стандартної бібліотеки Swift (SE-0302), який маркує типи, безпечні для передачі між доменами ізоляції. Під доменом ізоляції розуміється actor, задача Task або @MainActor-контекст. Sendable не містить вимог — він виступає маркером безпеки.

Навіщо потрібен Sendable

До Swift 5.5 розробники могли передати будь-який об'єкт між потоками через DispatchQueue, і компілятор не перевіряв, чи це безпечно. Sendable закриває цю прогалину: тепер компілятор сам відстежує міжпотокові передачі та блокує небезпечні. Це робить конкурентний код надійнішим ще до його запуску.

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

class NonSendableClass {
    var counter: Int = 0
}

У прикладі UserProfile може бути безпечно переданий між потоками, оскільки це структура з константними властивостями Sendable-типів. NonSendableClass викличе помилку компіляції при спробі передачі через await або в Task.

Які типи відповідають Sendable за замовчуванням

Sendable-типи у Swift поділяються на три категорії: value-типи з Sendable-властивостями, final-класи з незмінним станом і функції/замикання, позначені @Sendable. Компілятор автоматично виводить відповідність Sendable для value-типів.

Value-типи та автоматична відповідність

Struct, enum і tuple автоматично стають Sendable, якщо всі їхні властивості та асоційовані значення теж Sendable. Це консервативний підхід: якщо хоча б одна властивість не відповідає Sendable, весь тип не буде визнано безпечним.

Базові типи

Усі вбудовані типи Swift — Int, String, Double, Bool, Optional, Array, Dictionary, Set — відповідають Sendable. Це робить композицію типів безпечною за замовчуванням. Розробнику достатньо стежити за кастомними класами.

Sendable і класи: @unchecked Sendable

@unchecked Sendable — це механізм, що дозволяє класу явно оголосити себе Sendable, обходячи перевірки компілятора. Розробник бере на себе відповідальність за потокобезпеку такого класу. Це корисно для Objective-C-мостів та оптимізованих структур.

Коли використовувати @unchecked Sendable

@unchecked Sendable застосовується, коли клас внутрішньо гарантує безпеку через блокування або атомарні операції, але компілятор не може це перевірити статично. Наприклад, клас із os_unfair_lock або pthread_mutex_t — його потокобезпека забезпечується кодом, але Swift не бачить цього.

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

Використовувати @unchecked Sendable слід обережно. Це явний сигнал іншим розробникам: «я перевірив, це безпечно». Помилка в реалізації може призвести до важковідловлюваних станів гонки. Перш ніж застосовувати @unchecked, варто переконатися, що тип дійсно не може бути переписаний як value-тип.

Sendable у поєднанні з Actor

Actor і Sendable — дві сторони однієї медалі. Actor ізолює свій стан, але для обміну даними із зовнішнім світом він повинен повертати Sendable-типи. Якщо метод actor повертає не-Sendable тип, компілятор видає попередження або помилку.

Передача даних через Sendable

Коли actor надсилає дані зовнішньому коду, ці дані перетинають межу ізоляції. Sendable гарантує, що отримувач може безпечно використовувати їх поза actor. Сам actor залишається ізольованим — його внутрішній стан не розкривається.

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 — це Sendable-структура, яка містить тільки let-властивості Sendable-типів. Такий підхід — best practice для вилучення даних з actor. Знімок стану передається за значенням, і actor не втрачає контролю над своїм станом.

Sendable функції та замикання

@Sendable — це атрибут для функцій і замикань, який гарантує, що замикання не захоплює не-Sendable дані у змінному вигляді. Коли замикання передається в Task або метод actor, воно має бути Sendable.

Перевірка захоплення в @Sendable замиканнях

Компілятор перевіряє, що @Sendable замикання не захоплює змінні посилання на класи. Захоплення let-властивостей Sendable-типів дозволено. Захоплення var-змінної посилального типу призведе до помилки, оскільки замикання може виконуватися одночасно з мутацією.

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

let constant = "Safe"
var counter = 0
// counter — захоплення var змінює counter, помилка компіляції
performAsync { // ❌ Мутація захопленої змінної
    print(constant)
}

Правило просте: @Sendable замикання може захоплювати тільки ті дані, які самі є Sendable і не будуть мутуватися ззовні. Для класів допустиме захоплення слабкого посилання weak self, якщо клас не позначений як Sendable. Це запобігає класичним retain cycle та станам гонки.