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Swift 异步序列

在现代编程中，处理异步数据流是一个常见的需求。Swift 5.5 引入了 异步序列（AsyncSequence），它允许我们以异步的方式处理一系列数据。与传统的同步序列不同，异步序列可以在数据到达时逐步处理，而不需要等待所有数据都准备好。

什么是异步序列？​

异步序列是一种特殊的序列，它的元素是异步生成的。你可以将其理解为一个“懒加载”的序列，只有在需要时才会生成下一个元素。与 Sequence 类似，AsyncSequence 也提供了遍历元素的能力，但它是通过 await 关键字来实现的。

异步序列的核心概念​

  • 异步迭代器（AsyncIterator）：类似于同步序列的迭代器，但它通过 next() 方法返回一个 AsyncIterator.Element? 类型的值，并且这个方法是一个异步函数。
  • 异步序列协议（AsyncSequence）：定义了如何通过异步迭代器遍历序列。

基本用法​

让我们从一个简单的例子开始，了解如何使用异步序列。

swift
import Foundation

struct Counter: AsyncSequence {
    typealias Element = Int
    let limit: Int

    struct AsyncIterator: AsyncIteratorProtocol {
        var current = 1
        let limit: Int

        mutating func next() async -> Int? {
            guard current <= limit else { return nil }
            let result = current
            current += 1
            return result
        }
    }

    func makeAsyncIterator() -> AsyncIterator {
        return AsyncIterator(limit: limit)
    }
}

Task {
    for await number in Counter(limit: 5) {
        print(number)
    }
}

代码解释​

  1. 定义异步序列：我们定义了一个 Counter 结构体，它实现了 AsyncSequence 协议。
  2. 实现异步迭代器：AsyncIterator 结构体实现了 AsyncIteratorProtocol，并在 next() 方法中生成序列的下一个元素。
  3. 遍历异步序列：在 Task 中，我们使用 for await 循环遍历 Counter 生成的序列。

输出​

1
2
3
4
5

实际应用场景​

异步序列在处理网络请求、文件读取或实时数据流时非常有用。例如，假设我们需要从服务器获取一系列数据，并在数据到达时逐步处理：

swift
import Foundation

struct DataFetcher: AsyncSequence {
    typealias Element = Data
    let urls: [URL]

    struct AsyncIterator: AsyncIteratorProtocol {
        var index = 0
        let urls: [URL]

        mutating func next() async throws -> Data? {
            guard index < urls.count else { return nil }
            let url = urls[index]
            index += 1
            let (data, _) = try await URLSession.shared.data(from: url)
            return data
        }
    }

    func makeAsyncIterator() -> AsyncIterator {
        return AsyncIterator(urls: urls)
    }
}

Task {
    let urls = [
        URL(string: "https://example.com/data1")!,
        URL(string: "https://example.com/data2")!,
        URL(string: "https://example.com/data3")!
    ]

    for try await data in DataFetcher(urls: urls) {
        print("Received data: \(data)")
    }
}

代码解释​

  1. 定义异步序列：DataFetcher 结构体实现了 AsyncSequence 协议，用于从多个 URL 异步获取数据。
  2. 实现异步迭代器：AsyncIterator 结构体实现了 AsyncIteratorProtocol，并在 next() 方法中通过 URLSession 获取数据。
  3. 遍历异步序列：在 Task 中，我们使用 for try await 循环遍历 DataFetcher 生成的序列。
提示

在实际开发中，异步序列非常适合处理需要逐步加载或处理的场景，例如分页数据、实时数据流等。

总结​

异步序列是 Swift 并发编程中的一个强大工具，它允许我们以异步的方式处理数据流。通过 AsyncSequence 和 AsyncIteratorProtocol，我们可以轻松地实现异步数据生成和处理。

附加资源​

练习​

  1. 尝试实现一个异步序列，生成斐波那契数列的前 10 个数。
  2. 修改 DataFetcher 示例，使其在获取数据时显示加载进度。

通过学习和实践，你将能够更好地掌握 Swift 中的异步序列，并在实际项目中灵活运用它们。