精通 Swift 並發：理解 Swift 6 中的任務、執行器與優先級升級

Swift 6 徹底改變了開發者處理應用程式中併發性的方式。本完整指南將解析 Swift 新模型背後的機制，與傳統線程方法進行比較，並展示建立響應式、線程安全程式碼的實用範例。

什麼是併發性及其重要性

併發性使多個工作單元能同時執行，顯著提升應用程式的反應速度與性能。然而，傳統的併發模型引入了大量複雜性——競爭條件、死鎖、記憶體安全違規以及線程管理的開銷，這些問題困擾著全球的開發團隊。

Swift 併發性正面迎擊這些挑戰，通過強制嚴格的編譯時安全保證並提供直觀的抽象層來協助開發者。該框架解決了幾個關鍵痛點：

核心解決問題：

• 競爭條件：透過 Sendable 協議與 actor 隔離，消除同時存取共享可變狀態所導致的不可預測行為
• 回呼鏈：用乾淨的 async/await 語法取代巢狀完成處理器，大幅提升程式碼的可讀性與維護性
• 線程開銷：抽象底層線程建立與同步，讓開發者專注於業務邏輯而非併發管線
• 任務協調：結構化併發提供明確的任務層級，並自動傳遞取消與錯誤處理

結果是一個設計上更安全、更高效且更易於理解的併發模型。

現代系統如何執行併發工作：多工模型

要理解 Swift 併發性，首先必須掌握作業系統如何管理併發執行。有兩種競爭模型，各有利弊。

先佔式多工：傳統線程模型

作業系統傳統上使用先佔式多工來管理線程。在此模型中，作業系統排程器可以在任何時候——甚至在操作中途——強制中斷任何線程，以分配 CPU 時間。這確保資源公平分配，並防止不良線程造成系統阻塞。

運作方式： 排程器透過保存當前線程的完整狀態（(CPU暫存器、指令指標、堆疊)）並恢復另一個線程的狀態來進行上下文切換。在多核心系統中，這能實現真正的平行處理。

成本： 這種彈性需要防禦性程式設計。開發者必須用互斥鎖、信號量或原子操作來保護共享可變狀態——失誤可能導致資料競爭與崩潰。上下文切換本身成本高昂，涉及 CPU 快取刷新、TLB 無效化與核心模式轉換。在高 contention 的情況下，切換開銷會成為性能瓶頸。

協作式多工：Swift 的輕量替代方案

Swift 併發性採用協作式多工，這是一種根本不同的方法。在此模型中，任務會一直運行直到自願暫停——通常在 await 點或透過明確的 Task.yield() 呼叫。運行時不會強制中斷協作任務。

機制： 不同於線程作為持久實體執行，Swift 將每個線程視為一個連續體（continuation）管道——輕量、可恢復的程式碼段。當 async 函數遇到 await：

1. 編譯器將函數轉換為狀態機
2. 當前執行狀態被捕捉到堆疊分配的 continuation
3. 這個 continuation 被加入佇列等待執行
4. 線程立即取用下一個已準備好的 continuation

這完全消除了上下文切換的開銷。沒有 CPU 暫存器需要保存，也沒有 TLB 刷新或核心轉換。任務切換變成一個簡單的函數呼叫。

權衡： 你用大量堆分配換取大幅降低的排程開銷。責任轉移到開發者：長時間運行的操作必須包含暫停點，否則會造成其他任務的饑餓。

理解任務：併發工作的基本單位

Task 代表 Swift 中一個離散的非同步工作單元。與僅呼叫一個會同步直到第一個暫停點的 async 函數不同，Task 是一個在 Swift 的協作運行時中並行執行的管理物件。

( 任務建立與上下文繼承

建立任務非常簡單：