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Swift 執行緒與並發程式設計

📋 目錄​

  1. 執行緒基礎概念
  2. UI 更新原則
  3. 實務應用方法
  4. Swift Concurrency 關鍵字
  5. 最佳實踐

🔹 執行緒基礎概念​

Main Thread (主執行緒)​

  • 職責：負責 UI 操作（顯示畫面、處理觸控事件）
  • 規則：任何 UI 更新 必須 在主執行緒上執行
  • 注意：避免在主執行緒執行耗時工作，會導致 App 卡住

Background Threads (背景執行緒)​

  • 用途：處理耗時工作（網路請求、檔案讀寫、圖片處理）
  • 流程：背景處理完成 → 切回主執行緒 → 更新 UI

🔹 UI 更新原則​

⚠️ 重要：UI 更新只能在主執行緒 (Main Thread) 上進行

原因：UIKit / SwiftUI 不是 Thread-safe，在背景執行緒直接修改 UI 會導致錯誤或閃退。

🔹 實務應用方法​

方法一：使用 DispatchQueue​

// 在背景執行緒處理耗時工作
DispatchQueue.global().async {
    let data = downloadData() // 模擬耗時工作

    // 回到主執行緒更新 UI
    DispatchQueue.main.async {
        self.label.text = "下載完成"
    }
}

方法二：搭配 async/await​

func fetchData() async -> String {
    try? await Task.sleep(nanoseconds: 1_000_000_000)
    return "資料下載完成"
}

func loadData() {
    Task {
        let result = await fetchData()

        // 在主執行緒更新 UI
        await MainActor.run {
            self.label.text = result
        }
    }
}

方法三：使用 @MainActor​

@MainActor
func updateUI(text: String) {
    self.label.text = text
}

// 或者標註整個 class
@MainActor
class ViewController: UIViewController {
    // 所有方法都會在主執行緒執行
}

🔹 Swift Concurrency 關鍵字​

1. async/await​

Swift 5.5 引入的並發模型核心語法：

  • async：標記非同步函式
  • await：等待非同步函式完成，不阻塞執行緒
func fetchData() async -> String {
    try? await Task.sleep(nanoseconds: 1_000_000_000)
    return "資料下載完成"
}

func load() async {
    let result = await fetchData()
    print(result) // 資料下載完成
}

2. @MainActor​

確保程式在主執行緒執行，常用於 UI 更新：

@MainActor
func updateUI() {
    // 一定會在主執行緒上執行
    print("更新 UI")
}

// 搭配 async 使用
func loadData() async {
    let result = await fetchData()
    await MainActor.run {
        print("更新畫面: \(result)")
    }
}

3. @preconcurrency​

用於與舊程式碼相容性：

@preconcurrency protocol MyLegacyProtocol {
    func doSomething()
}

用途：讓舊的 API 可以在新的 Concurrency 環境下被接受，主要是過渡性工具。

🔹 最佳實踐​

執行緒使用原則​

  1. 主執行緒：專門負責 UI 更新和事件處理
  2. 背景執行緒：處理耗時工作
  3. 切換規則：背景工作完成 → 主執行緒更新畫面

推薦做法​

  • 新專案優先使用 async/await + @MainActor
  • 舊專案可繼續使用 DispatchQueue
  • 避免在主執行緒執行耗時操作
  • 使用 @preconcurrency 處理相容性問題

常見錯誤​

  • ❌ 在背景執行緒直接更新 UI
  • ❌ 在主執行緒執行網路請求
  • ❌ 忘記切回主執行緒更新畫面

📊 執行緒流程圖​

┌─────────────────┐    ┌──────────────────┐    ┌─────────────────┐
│   使用者操作 　   │───▶│   主執行緒    　   │───▶│   UI 更新        │
│   點擊按鈕       │    │  (處理事件)     　 │    │  ＊顯示結果＊     │
└─────────────────┘    └──────────────────┘    └─────────────────┘
                                │
                                ▼
                       ┌──────────────────┐
                       │   背景執行緒　　　　│
                       │   下載資料　　　　　│
                       └──────────────────┘
                                │
                                ▼
                       ┌──────────────────┐
                       │   切回主執行緒     │
                       │   更新 UI         │
                       └──────────────────┘