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Heart of Swi, Concurrency
@koher
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Heart of Swi,
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No content
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Value Seman*cs
Protocol-oriented Programming
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Heart of Swi,
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Heart of Swi, Concurrency
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Swi$ Concurrencyは難しい？
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Concurrencyの仕様は膨大で複雑
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しかし、そのHeartはシンプル
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Heartを押さえれば見通しがよくなる
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Heart of Swi, Concurrency
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Swi$ ConcurrencyのHeartとは？
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Data Race Safety
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コンパイラがデータ競合を防止すること
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Isola&on Domain
Sendable
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データ競合とは？
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No content
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データ競合が起こると
•
未定義動作
•
データ不整合
•
クラッシュ
•
…
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Slide 19 text
データ競合によるバグには対処しづらい
•
問題を再現することが困難
•
原因を突き止めるのが困難
•
コードを修正して解決されたことの確認が困難
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Slide 20 text
データ競合を機械的に防止できるとうれしい
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Strict Concurrency Checking
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原因不明のクラッシュのほとんどが
データ競合によって引き起こされていた例も
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Swi$コンパイラは
どのようにデータ競合を防ぐのか
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Swi$コンパイラは
型を使ってデータ競合を防ぐ
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Isola&on Domain
Sendable
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Slide 26 text
Isola&on Domain
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Slide 27 text
Isola&on Domainとは？
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可変状態へのアクセスを
隔離して保護する単位
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Isola&on Domainのカテゴリー
all func&on and variable declara&ons have a well-defined sta&c
isola&on domain. These domains will always fall into one of three
categories:
1. Non-isolated
2. Isolated to an actor value
3. Isolated to a global actor
2
"Migra)ng to Swi/ 6" h2ps://www.swi/.org/migra)on/documenta)on/swi/-6-concurrency-migra)on-guide/
dataracesafety#Isola)on-Domains
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Slide 30 text
Isola&on Domainのカテゴリー
すべての関数宣言と変数宣言には、静的に定まるIsola&on Domain
があります。Isola&on Domainは必ず、次の3つのカテゴリーのい
ずれかに分類されます。
1. 隔離されていない（Non-isolated）
2. Actorの値に隔離されている
3. Global Actorに隔離されている
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Isola&on Domainのカテゴリー
すべての関数宣言と変数宣言には、静的に定まるIsola&on Domain
があります。Isola&on Domainは必ず、次の3つのカテゴリーのい
ずれかに分類されます。
1. 隔離されていない（Non-isolated）
2. Actorの値に隔離されている
3. Global Actorに隔離されている
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ActorとIsola*on Domain
actor Counter {
// 可変状態countはCounterインスタンスに隔離されて保護される
var count: Int = 0
}
func countUp() {
count += 1
}
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Slide 33 text
No content
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Actor以前も同じようなことを
DispatchQueueでやっていた
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Slide 35 text
Actorはそれを自動的にやってくれる
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Slide 36 text
外部からActorにアクセスするにはawaitが必要
let counter: Counter = .init()
await counter.countUp() // awaitが必要
print(await counter.count) // awaitが必要
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Slide 37 text
ActorのIsola*on Domainはインスタンスごとに存在
let a: Counter = .init() // aのIsolation Domain
let b: Counter = .init() // bのIsolation Domain
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Slide 38 text
Isola&on Domainのカテゴリー
すべての関数宣言と変数宣言には、静的に定まるIsola&on Domain
があります。Isola&on Domainは必ず、次の3つのカテゴリーのい
ずれかに分類されます。
1. 隔離されていない（Non-isolated）
2. Actorの値に隔離されている
3. Global Actorに隔離されている
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Slide 39 text
ActorのIsola*on Domainはインスタンスごとに存在
actor Counter {
var count: Int = 0
}
func countUp() { ... }
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Slide 40 text
ActorのIsola*on Domainはインスタンスごとに存在
actor Counter {
var count: Int = 0
func countUp() { ... }
func foo() async {
let counter: Counter = .init()
await counter.countUp() // awaitが必要
print(await counter.count) // awaitが必要
}
}
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Slide 41 text
自身のプロパティやメソッドには同期的にアクセス可
actor Counter {
var count: Int = 0
func countUp() { ... }
func countUpTwice() {
countUp() // 同期
countUp() // 同期
}
}
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Slide 42 text
Isola&on Domainのカテゴリー
すべての関数宣言と変数宣言には、静的に定まるIsola&on Domain
があります。Isola&on Domainは必ず、次の3つのカテゴリーのい
ずれかに分類されます。
1. 隔離されていない（Non-isolated）
2. Actorの値に隔離されている
3. Global Actorに隔離されている
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Slide 43 text
Global ActorとIsola-on Domain
@MainActor
final class FooViewModel {
var value: Int = 42
}
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Global ActorとIsola-on Domain
@MainActor
final class FooViewModel {
var value: Int = 42
}
// 暗黙的に@MainActor
final class FooViewController: UIViewController {
let viewModel: FooViewModel = .init()
func buttonPressed() {
print(viewModel.value) // 同期
}
}
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Slide 45 text
Global Actorはインスタンスを超えて
Isola&on Domainを形成する
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Slide 46 text
Global Actorは種類ごとに
単一のIsola-on Domainを作る
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Slide 47 text
Global Actorは種類ごとに
単一のSerial Executorを持つ
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Slide 48 text
No content
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Slide 49 text
Isola&on Domainのカテゴリー
すべての関数宣言と変数宣言には、静的に定まるIsola&on Domain
があります。Isola&on Domainは必ず、次の3つのカテゴリーのい
ずれかに分類されます。
1. 隔離されていない（Non-isolated）
2. Actorの値に隔離されている
3. Global Actorに隔離されている
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TaskとIsola&on Domain
Task {
// Task独自のnon-isolatedなIsolation Domain
}
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Slide 51 text
non-isolatedなのにIsola,on Domain？
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Slide 52 text
TaskとIsola&on Domain
Task {
// Task独自のnon-isolatedなIsolation Domain
var value: Int = 42
}
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Slide 53 text
一つのTaskの中からアクセスする限り
可変状態はデータ競合を起こさない
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TaskとIsola&on Domain
Task {
// Task独自のnon-isolatedなIsolation Domain
}
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Slide 55 text
TaskとIsola&on Domain
@MainActor
func foo() {
// MainActor-isolated
Task {
// MainActor-isolated
}
}
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Slide 56 text
TaskとIsola&on Domain
@MainActor
func foo() {
// MainActor-isolated
Task.detached {
// Task独自のnon-isolatedなIsolation Domain
}
}
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Slide 57 text
Isola&on Domainのカテゴリー
すべての関数宣言と変数宣言には、静的に定まるIsola&on Domain
があります。Isola&on Domainは必ず、次の3つのカテゴリーのい
ずれかに分類されます。
1. 隔離されていない（Non-isolated）
2. Actorの値に隔離されている
3. Global Actorに隔離されている
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可変状態を単一のIsola&on Domainで
扱っている分にはデータ競合は起こらない
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Slide 59 text
Isola&on Domain間で
値をやりとりできないと困る
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Slide 60 text
Isola&on Domain間で共有しても
安全な値だけをやりとりできるようにする
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Slide 61 text
安全な値とそうでないものを区別したい
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Sendable
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Slide 63 text
共有しても安全な値の型を
Sendableプロトコル準拠で区別する
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Slide 64 text
ミュータブルクラス
final class Foo: Sendable { //
var value: Int // 可変
}
init(value: Int) {
self.value = value
}
同時にvalueにアクセスされるとデータ競合の原因となり得る
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Slide 65 text
イミュータブルクラス
final class Foo: Sendable { //
let value: Int // 不変
}
init(value: Int) {
self.value = value
}
可変状態を持たないのでデータ競合の原因とならない
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Slide 66 text
（純粋な）値型
struct Foo: Sendable { //
var value: Int // 可変でもOK
}
init(value: Int) {
self.value = value
}
渡すときにコピーされるのでそもそも共有されない
✅
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Slide 67 text
Actor
actor Foo { //
✅
自動的にSendable準拠
var value: Int // 可変でもOK
}
init(value: Int) {
self.value = value
}
valueはSerial Executorで保護されている
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Slide 68 text
ロック等で可変状態が保護されたミュータブルクラス
final class Foo: Sendable { //
private let mutex: Mutex
var value: Int {
get { mutex.withLock { $0 } }
set { mutex.withLock { $0 = newValue } }
}
}
init(value: Int) {
self.mutex = .init(value)
}
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Slide 69 text
Isola&on Domain間で共有されても安全な
値の型をSendableで区別できた
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Slide 70 text
non-Sendableな値が
Isola(on Domain間で共有されなければ
Data Race Safetyを保証できる
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Slide 71 text
No content
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Slide 72 text
Isola&on Boundaryの例
異なるIsola&on Domain間で
•
関数やメソッドの引数に値を渡す
•
戻り値として値を受け取る
•
クロージャに値をキャプチャする
•
…
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Slide 73 text
non-Sendableな値が
Isola(on Boundaryを越えようとしていたら
コンパイラがエラーにする
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Slide 74 text
コンパイラがData Race Safetyを保証
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Slide 75 text
Sendable準拠という型の情報を使って
巧妙にData Race Safetyを実現
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Slide 76 text
しかし、このチェックは保守的すぎる
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Slide 77 text
Isola&on Domain間で共有されない
≠
Isola&on Boundaryを越えない
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Slide 78 text
No content
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Slide 79 text
non-SendableがIsola(on Boundaryを越えていい例
final class Foo { // non-Sendable
var value: Int = 42
}
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Slide 80 text
non-SendableがIsola(on Boundaryを越えていい例
actor A {
var foo: Foo
}
func accept(_ foo: Foo) {
self.foo = foo
}
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Slide 81 text
non-SendableがIsola(on Boundaryを越えていい例
let a: A = .init()
let foo: Foo = .init()
await a.accept(foo) //
✅
作って渡すだけ
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Slide 82 text
non-SendableがIsola(on Boundaryを越えてはダメな例
let a: A = .init()
let foo: Foo = .init()
await a.accept(foo) //
foo.value += 1 //
⚠
越境してはいけない
後から使うとデータ競合を起こし得る
⛔
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Slide 83 text
3
Region-based Isola/on
3
SE-0414: h+ps://github.com/swi9lang/swi9-evolu?on/blob/main/proposals/0414-region-based-isola?on.md
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Slide 84 text
No content
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Slide 85 text
No content
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Slide 86 text
間接的に「作って渡すだけ」の場合
⛔
await bar(Foo()) // 作って渡すだけ
func bar(_ foo: Foo) async {
//
fooが呼び出し元でもう使用されないか判断できない
}
await a.accept(foo)
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Slide 87 text
間接的に「作って渡すだけ」の場合
✅
await bar(Foo()) // 作って渡すだけ
func bar(_ foo: sending Foo) async {
//
fooが呼び出し元でもう使用されないとわかる
}
await a.accept(foo)
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Slide 88 text
No content
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Slide 89 text
No content
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Slide 90 text
これまでのまとめ
•
Isola'on Domainが可変状態を隔離して保護
•
原則的にはSendableだけがIsola'on Boundaryを越えられる
•
安全な場合にはnon-Sendableな値もBoundaryを越えられる
•
コンパイラが越境をチェックしてData Race Safetyを実現
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Slide 91 text
Concurrencyと上手く付き合う方法
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Slide 92 text
!
Concurrencyに適したアプリの設計
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Slide 93 text
MainActorでやって困らないことは
MainActorでやる
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Slide 94 text
16.7ミリ秒未満ですべての処理が終われば
ユーザーは認識できない（60FPSの場合）
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Slide 95 text
不必要に色んなものをActorにして
難しくしない
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Slide 96 text
色んなものがActorになると
Isola&on Boundaryを越えるときに
•
非同期になりawaitが必要になったけど同期で反映したい
•
Sendableにしないとエラーが出るけど準拠が難しい
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Slide 97 text
MainActor外でやるべき処理
•
CPUバウンドな重い処理
•
•
高頻度で受け取るデータの処理
•
•
画像処理、巨大なデータのデコードなど
…
カメラ等のセンサーからの継続的な入力の解析など
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Slide 98 text
!
遭遇しがちなエラーの対処法
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Slide 99 text
例1: ActorとDispatchQueueの衝突
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Slide 100 text
カメラの各フレームを順番にActorで処理
actor CameraProcessor {
fileprivate func process(
_ sampleBuffer: CMSampleBuffer
) {
// 画像処理
}
}
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Slide 101 text
AVCaptureVideoDataOutputはcallback queueを要求
actor CameraProcessor {
private let output: AVCaptureVideoDataOutput
private lazy var delegate: VideoOutputDelegate = ...
}
private func configure() throws {
// ...
output.setSampleBufferDelegate(
delegate,
queue: queue // DispatchQueue
)
}
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Slide 102 text
Delegate
nonisolated final class VideoOutputDelegate:
NSObject,
AVCaptureVideoDataOutputSampleBufferDelegate
{
private weak let owner: CameraProcessor?
}
init(owner: CameraProcessor) {
self.owner = owner
}
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Slide 103 text
DelegateメソッドはActorに隔離されていない
func captureOutput(
_ output: AVCaptureOutput,
didOutput sampleBuffer: CMSampleBuffer,
from connection: AVCaptureConnection
) {
// Call to actor-isolated instance method 'process'
// in a synchronous nonisolated context
owner?.process(sampleBuffer) //
}
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Slide 104 text
callback queueをActorのSerial Executorにする
actor CameraProcessor {
private let queue = DispatchSerialQueue(label: "...")
}
nonisolated var unownedExecutor: UnownedSerialExecutor {
queue.asUnownedSerialExecutor()
}
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Slide 105 text
同じqueueをDelegateのcallback queueにする
actor CameraProcessor {
private let output: AVCaptureVideoDataOutput
private lazy var delegate: VideoOutputDelegate = ...
}
private func configure() throws {
// ...
output.setSampleBufferDelegate(
delegate,
queue: queue // DispatchSerialQueue
)
}
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Slide 106 text
コンパイラは同じqueue上でも認識できない
func captureOutput(
_ output: AVCaptureOutput,
didOutput sampleBuffer: CMSampleBuffer,
from connection: AVCaptureConnection
) {
// Call to actor-isolated instance method 'process'
// in a synchronous nonisolated context
owner?.process(sampleBuffer) //
}
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Slide 107 text
assumeIsolatedだけでは解決しない
func captureOutput(
_ output: AVCaptureOutput,
didOutput sampleBuffer: CMSampleBuffer,
from connection: AVCaptureConnection
) {
owner?.assumeIsolated { isolatedOwner in
// Sending 'sampleBuffer' risks
// causing data races
isolatedOwner.process(sampleBuffer) //
}
}
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Slide 108 text
静的なIsola&onのチェックを局所的に外す
func captureOutput(
_ output: AVCaptureOutput,
didOutput sampleBuffer: CMSampleBuffer,
from connection: AVCaptureConnection
) {
nonisolated(unsafe) let sampleBuffer = sampleBuffer
}
owner?.assumeIsolated { isolatedOwner in
isolatedOwner.process(sampleBuffer) //
}
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Slide 109 text
ConcurrencyのHeartを理解していれば
何が問題でエラーが起こっているのか
対処の方向性に問題がないか判断できる
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Slide 110 text
例2: ミュータブルクラスを
Sendableに準拠させたい
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Slide 111 text
古い設計で解体するのが困難なミュータブルクラス
final class OldFatService {
var value: Int
// ...
}
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Slide 112 text
ミュータブルなのでSendable準拠できない
final class OldFatService: Sendable { //
var value: Int
// ...
}
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Slide 113 text
Mutexで可変状態を保護する
final class OldFatService: Sendable { //
var value: Int {
get { _value.withLock { $0 } }
set { _value.withLock { $0 = newValue } }
}
private let _value: Mutex
}
// ...
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Slide 114 text
Mutexで可変状態を保護する
import Synchronization
final class OldFatService: Sendable { //
var value: Int {
get { _value.withLock { $0 } }
set { _value.withLock { $0 = newValue } }
}
private let _value: Mutex
}
// ...
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Slide 115 text
OSAllocatedUnfairLock (iOS 16, 17)
import os
final class OldFatService: Sendable { //
var value: Int {
get { _value.withLock { $0 } }
set { _value.withLock { $0 = newValue } }
}
private let _value: OSAllocatedUnfairLock
}
// ...
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Slide 116 text
!
どうやって対処法を見つければいいか
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Slide 117 text
AIを上手に活用
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Slide 118 text
ローカルにcloneすべきリポジトリ
AIからローカルでこれらのリポジトリを読めるようにする。
•
swiftlang/swift-evolution
•
swiftlang/swift-migration-guide
•
swiftlang/swift-book
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Slide 119 text
Xcode MCPのDocumenta0onSearch
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Slide 120 text
!
おすすめのビルド設定
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Slide 121 text
Xcode Build Se,ngs
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Slide 122 text
Package.swi+
// swift-tools-version: 6.4
.target(
name: "...",
swiftSettings: [
.enableUpcomingFeature("NonisolatedNonsendingByDefault"),
.enableUpcomingFeature("InferIsolatedConformances"),
]
),
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Slide 123 text
@koher
•
Heart of Swi- 執筆
•
Swi- Zoomin' 主催
•
Swi- Digest 運営
•
ムゲンノゲーム 開発
•
Swi- × RealityKitで3Dモデリング →
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Slide 124 text
No content
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Slide 125 text
No content
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Slide 126 text
Isola&on Domain = Concurrency Domain
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Slide 127 text
What is the difference between
isola2on domain and concurrency domain?
I'm leaning toward standardizing on "concurrency domain" and
upda7ng the migra7on guide to use that term instead of "isola7on
1
domain"
— Holly Borla (Mar 2, 2025)
1
h$ps://github.com/swi3lang/swi3-migra9on-guide/issues/130#issuecomment-2692364765
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Slide 128 text
Isola&on DomainとConcurrency Domainの
違いは何ですか？
私は、用語を「Concurrency Domain」に統一し、Migra0on Guide
でも「Isola0on Domain」の代わりにそれを使うよう更新する案に
傾いています。
— Holly Borla (Mar 2, 2025)
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Slide 129 text
結局今もIsola&on Domainが優勢
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Slide 130 text
No content
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Swi$ 6のデフォルト
@Observable
final class FooModel { // non-isolated
func load() async throws {
// ...
}
}
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Slide 132 text
Swi$ 6のデフォルト
struct FooView: View {
@State private var model: FooModel = .init()
}
func loadFoo() async throws {
try await model.load() //
}
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Slide 133 text
Swi$ 6のデフォルト
@Observable
final class FooModel { // non-isolated
nonisolated(nonsending)
func load() async throws {
// ...
}
}
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Slide 134 text
NonisolatedNonsendingByDefault
@Observable
final class FooModel { // non-isolated
}
func load() async throws {
// ...
}
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Slide 135 text
NonisolatedNonsendingByDefault
struct FooView: View {
@State private var model: FooModel = .init()
}
func loadFoo() async throws {
try await model.load() //
}