Swift科普文《异步序列》

在《iOS通过StoreKit 2实现应用内购》文章中，涉及到处理应用内购买交易更新，需要监听Transaction.updates流来获取新的交易并处理它们。其中的Transaction.updates就是一个异步序列。

func handleTransactions() async {
    for await result in Transaction.updates {
        do {
            let transaction = try checkVerified(result)
            // 处理交易，例如解锁内容
            savePurchasedState(for: transaction.productID)
            await transaction.finish()
        } catch {
            print("交易处理失败：\(error)")
        }
    }
}

异步序列是什么？

异步序列（Asynchronous Sequence）是 Swift 中用于处理异步数据流的一种机制。与普通的同步序列（如数组、集合等）不同，异步序列中的数据并不是立即可用的，而是会随着时间的推移逐步产生。它允许你通过 async/await 语法来异步地处理数据。

异步序列的工作方式

异步序列类似于 Swift 中的普通序列，但它的元素是异步生成的，需要在等待数据到达时暂停执行。普通序列中的元素可以直接遍历，例如：

let numbers = [1, 2, 3, 4, 5]
for number in numbers {
    print(number)
}

在上面的代码中，所有数字都是同步可用的。而异步序列中的元素可能需要从远程服务器请求、从文件中读取、通过网络获取，或者是来自其他异步操作的结果，因此我们不能立即得到这些元素。

如何定义和使用异步序列

Swift 提供了 AsyncSequence 协议，它允许我们创建自己的异步序列，并且可以使用 for await 语法来迭代异步序列。例如：

// 模拟一个异步序列
struct Countdown: AsyncSequence {
    typealias Element = Int
    
    let start: Int
    
    // 实现异步迭代器
    struct AsyncIterator: AsyncIteratorProtocol {
        var current: Int
        
        mutating func next() async -> Int? {
            if current < 0 { return nil }
            let value = current
            current -= 1
            await Task.sleep(1_000_000_000) // 暂停 1 秒
            return value
        }
    }
    
    func makeAsyncIterator() -> AsyncIterator {
        return AsyncIterator(current: start)
    }
}

// 使用异步序列
Task {
    for await number in Countdown(start: 5) {
        print(number)
    }
}

在这个示例中，Countdown 是一个自定义的异步序列，倒计时从 start 开始，每秒减少一次。在 Task 中，我们用 for await 语法来异步地遍历这个序列。

执行流程

1、创建 Countdown 实例：Countdown(start: 5)。

2、创建异步任务：Task { … }。

3、开始异步遍历：for await number in Countdown(start: 5)。

第一次调用 next()，返回 5。
程序等待 1 秒。
第二次调用 next()，返回 4。
如此反复，直到 next() 返回 nil 时，循环结束。

AsyncSequence

AsyncSequence是一个 Swift 提供的协议，用于表示一种异步序列，可以像普通序列一样被遍历，但数据是异步产生的。实现 AsyncSequence 的类型需要定义一个 makeAsyncIterator() 方法，该方法返回一个遵循 AsyncIteratorProtocol 的迭代器。

AsyncIterator

AsyncIterator 是一个结构体，用于实现 AsyncIteratorProtocol，在这里表示一个倒计时的迭代器。它通过 current 变量跟踪当前数字，每次调用 next() 时返回当前值，并将其递减。

这个迭代器会在 current 变为负数时返回 nil，表示序列的结束。

AsyncIteratorProtocol

AsyncIteratorProtocol 是另一个协议，用于定义如何异步生成序列中的下一个值。它类似于普通序列中的 IteratorProtocol，但允许在异步上下文中生成值。

需要实现一个 next() 方法，该方法是 async 的，表示这个方法可以暂停执行并等待一些操作完成（比如网络请求、时间延迟等），然后返回一个元素。

在上面的代码中，AsyncIterator 是 Countdown 的异步迭代器，遵循 AsyncIteratorProtocol，因此必须实现 next() 方法来生成下一个数字。

for await…in 循环

for await number in Countdown(start: 5) 是一个新的 Swift 语法，用于遍历 AsyncSequence 中的元素。每次循环都会等待 Countdown 生成一个新的数字，然后将其赋值给 number。

在异步上下文中（如 Task），使用 for await 可以处理异步数据流。这让你能够以同步的风格处理异步操作，代码更为简洁易读。

这个语法相当于反复调用 makeAsyncIterator() 返回的迭代器的 next() 方法，直到 next() 返回 nil。

typealias

typealias 是 Swift 中用来为已有类型创建别名的关键字。在 AsyncSequence 协议中，你需要定义 Element 类型，表示序列中每个元素的类型。你可以通过 typealias Element = Int 将 Element 指定为 Int 类型。

在上面的代码中，typealias Element = Int 表明 Countdown 生成的每个元素都是一个整数。

常见的异步序列

一些常见的异步序列包括：

网络请求结果：请求可能会返回数据流，例如下载文件时，数据会逐块传输。

用户输入：从键盘、鼠标、传感器等设备获取输入，这些输入数据是异步产生的。

系统事件：应用内的推送通知、系统级的事件（如时间计时器、后台任务等）。

异步序列的优势

异步序列的优势在于能够自然地处理异步操作，而无需通过回调或手动管理任务状态。结合 async/await 语法，它让代码更加简洁、易读、易于维护，特别是在需要处理多个连续的异步操作时。例如：

for await transaction in Transaction.updates {
    print(transaction)
}

在上面的例子中，Transaction.updates 是一个异步序列，每当有新的交易发生时，就会生成一个新的 transaction，你可以直接在循环中获取和处理这些交易。

总结

异步序列让你可以以一种线性、同步的风格来处理异步数据流，简化了代码的复杂性，特别适合处理网络数据、用户输入和系统事件等异步任务。通过 AsyncSequence，可以构建自定义的异步数据源，让你的代码更加清晰和直观。