若要平行執行 CPU 密集型 Swift 計算，請為工作函式明確標示 @concurrent 邊界，並將彼此獨立的工作分配給子任務。這個 Mac 範例會讓介面更新留在 MainActor 上，並在不共用可變狀態的情況下合併合成結果。
為什麼新增任務後，計算仍可能序列執行
假設 Mac app 有一個 Calculate 按鈕，用來啟動大量本機計算。將計算包在 Task { ... } 中，會提供非同步進入點，但在主 actor 環境中建立的任務可能會繼承該隔離。裡面若有長時間的同步迴圈，仍會占用主 actor。Apple 在採用 Swift 並行功能中說明了這項差異。
加入任務群組也沒有解答一個重要問題：包含昂貴迴圈的函式究竟在哪裡執行？如果每個子任務都呼叫同一個 @MainActor 計算方法，該 actor 就會將計算序列化。正如 Swift 語言指南的並行功能章節所述，actor 一次只允許一個任務存取其隔離狀態。
對於 Swift 6.2 及更新版本，請將非同步計算進入點標示為 @concurrent。這會明確切換執行位置，使其離開呼叫端的 actor。啟用 NonisolatedNonsendingByDefault 功能後，一般的非隔離非同步函式反而會在呼叫端的 actor 上執行；舊版行為則不同。已實作的 SE-0461 提案說明了功能適用範圍與這個明確屬性。
兩項不同的設定能達成所需行為：工作函式的隔離設定允許它在 MainActor 之外執行，而多個子任務則提供可獨立排程的工作。執行環境會決定由哪些可用執行緒執行這些任務。任務數量和 @concurrent 都不保證特定數量的核心會同時執行。Apple 在採用 Swift 並行功能中說明了這種排程模型。
定義可正確分割的計算
以下範例讓 Mac 使用者啟動或取消合成計算，並顯示最後的檢查和。所有輸入都是常數或產生的整數。此計算具有以下明確的值契約：
- 將
0..<count中的每個整數索引恰好處理一次。 - 將每個索引轉換為
UInt64，並依指定的回合數反覆套用x = (x &* 1_664_525) &+ 1_013_904_223。 - 使用溢位環繞加法累加結果值。
- 空輸入回傳零；負數的 count 或 rounds 會被拒絕；非正數的 worker limit 也會被拒絕。
- 偵測到取消時丟出錯誤，而不是將不完整的檢查和當作完成結果呈現。
這裡刻意使用溢位環繞算術。Swift 一般的整數算術會在溢位時觸發陷阱；&+ 和 &* 運算子則明確支援溢位行為。請參閱進階運算子。
在此契約中，每個索引彼此獨立，溢位環繞加法會將部分總和以 2 的 64 次方為模數合併。因此，改變分組方式或完成順序都會保留相同的最終值。這個結論來自所選用的算術方式。浮點數計算需要自行訂定正確性規則，因為重新分組加法可能改變捨入結果。
分區使用除法和餘數：每個 worker 會分到相同的基本索引數量，前幾個 worker 則各多分到一個索引。以 count 為 17、worker 數量為 3 為例，範圍分別是 0..<6、6..<12 和 12..<17。這些範圍涵蓋所有輸入索引，包含餘數部分。
建立完整的 Mac 計算範例
使用 Swift 6.2 或更新版本的工具鏈，以及最低部署目標為 macOS 13 或更新版本的 macOS SwiftUI app target。以下兩段程式碼請放在同一個 Swift 檔案中，取代產生的 app 進入點和內容檢視。它們構成一個完整程式；target 中只保留一個 @main app 宣告。
計算命名空間明確標示為 nonisolated，因此其成員不會取得推斷而來的全域 actor 隔離。Swift 在 SE-0449中說明了這種型別層級的宣告。兩個非同步計算方法都使用 @concurrent 明確指定執行邊界。
import Foundation
import SwiftUI
nonisolated enum CalculationError: Error {
case invalidInput
}
nonisolated enum SyntheticCalculator {
@concurrent
static func run(
count: Int,
rounds: Int,
workerLimit: Int
) async throws -> UInt64 {
guard count >= 0, rounds >= 0, workerLimit > 0 else {
throw CalculationError.invalidInput
}
try Task.checkCancellation()
guard count > 0 else { return 0 }
let workers = min(count, workerLimit)
let baseSize = count / workers
let remainder = count % workers
return try await withThrowingTaskGroup(
of: UInt64.self,
returning: UInt64.self
) { group in
var lower = 0
for worker in 0..<workers {
try Task.checkCancellation()
let size = baseSize + (worker < remainder ? 1 : 0)
let start = lower
let end = start + size
lower = end
group.addTask {
try await calculateChunk(
lower: start,
upper: end,
rounds: rounds
)
}
}
var total: UInt64 = 0
for try await partial in group {
total = total &+ partial
}
try Task.checkCancellation()
return total
}
}
@concurrent
private static func calculateChunk(
lower: Int,
upper: Int,
rounds: Int
) async throws -> UInt64 {
try Task.checkCancellation()
var total: UInt64 = 0
for index in lower..<upper {
if index % 256 == 0 {
try Task.checkCancellation()
}
var value = UInt64(index)
for round in 0..<rounds {
if round % 4096 == 0 {
try Task.checkCancellation()
}
value = (value &* 1_664_525) &+ 1_013_904_223
}
total = total &+ value
}
try Task.checkCancellation()
return total
}
}
每個子任務都會擷取不可變的範圍界限，並回傳一個整數。只有父任務會更新 total；子任務不會附加內容到共用集合，也不會修改介面狀態。任務群組支援子任務並行執行、要求結果符合 sendable，並將子任務的生命週期限制在群組範圍內。請參閱 Apple 的 TaskGroup 文件。
將以下介面程式碼附加到同一個檔案：
@main
@MainActor
struct ParallelCalculationApp: App {
var body: some Scene {
WindowGroup {
CalculationView()
}
}
}
@MainActor
struct CalculationView: View {
@State private var status = "Ready"
@State private var work: Task<Void, Never>?
var body: some View {
VStack(alignment: .leading, spacing: 16) {
Text("Synthetic Calculation")
.font(.title2)
Text(status)
.textSelection(.enabled)
HStack {
Button("Calculate") {
startCalculation()
}
.disabled(work != nil)
Button("Cancel") {
work?.cancel()
}
.disabled(work == nil)
}
}
.padding(24)
.frame(minWidth: 440, minHeight: 180)
.onDisappear {
work?.cancel()
}
}
private func startCalculation() {
guard work == nil else { return }
status = "Calculating…"
let workerLimit = max(
1,
ProcessInfo.processInfo.activeProcessorCount
)
work = Task { @MainActor in
defer { work = nil }
do {
let checksum = try await SyntheticCalculator.run(
count: 1_000_000,
rounds: 128,
workerLimit: workerLimit
)
try Task.checkCancellation()
status = "Checksum: \(checksum)"
} catch is CancellationError {
status = "Cancelled"
} catch {
status = "Calculation failed: \(error)"
}
}
}
}
介面會持有外層任務控制代碼，讓 Cancel 按鈕可以取消該任務。它的任務仍隔離在主 actor 上，會呼叫並行計算，並在等待結果後更新顯示的狀態。持有控制代碼也能在檢視消失時取消任務。Apple 的 Task 文件說明，丟棄控制代碼並不會取消任務。
工作數量限制以 Foundation 的 activeProcessorCount 為起點；它會回報電腦上可用的作用中處理器核心數。應將此數值視為待測量的初始設定，而非保證最佳的任務數量。其文件說明見 activeProcessorCount。
比較效能之前，先確認正確性
先使用較小的示範輸入：將呼叫改為 count: 17、rounds: 4 和 workerLimit: 3。預期的檢查和為 18149427060254280572。將 workerLimit 改為 1 再執行一次；結果必須相同。也請確認 count: 0 必須回傳零，以及小於 worker limit 的正數 count 仍會涵蓋每個索引。
示範檢查和與範圍涵蓋情況已使用一個簡單的 Python 程式重現溢位環繞算術並完成檢查。研究環境中沒有 Swift 編譯器，因此此 Swift 程式尚未在此處編譯或執行。
接著還原較大的輸入，使用 worker limit 為 1、2 和作用中處理器核心數的最佳化建置進行比較。保持 count 和 rounds 不變，保留產生的檢查和，並測量多次執行的結果。這是建議的測量程序；本文未宣稱任何執行時間或加速幅度。
單一 worker 的執行會使用相同的並行邊界與任務群組結構，因此可作為此實作的實用比較基準。較小的工作量可能不值得付出分區與排程的額外成本。如果實際計算中不同索引的成本差異很大，大小相同的範圍也可能導致某個 worker 較晚完成；下一步可試著使用較小的區塊，並限制同時執行中的任務數量。
若計算會產生陣列，請為每個結果附上區塊索引，並依輸入順序組合區塊。任務群組的子任務可能以任何順序執行，而群組會在結果完成時逐一提供。只有因為所選用的歸約方式與順序無關，檢查和才不需要考慮順序。請參閱 TaskGroup。
讓取消與隔離問題清楚可見
取消是合作式的。呼叫 cancel() 會標記任務；計算程式碼必須檢查這個狀態。兩個迴圈中的檢查都為工作函式提供了丟出錯誤的機會，包括單一索引需要執行許多回合的情況。這些檢查間隔是實作上的選擇，並非保證的取消延遲。Apple 在 Task中說明了這項責任。
對結果使用會丟出錯誤的迴圈也很重要。如果子任務丟出錯誤，且錯誤從群組主體向外傳播，其餘子任務就會被取消。群組仍會等待它們完成，因此仍需要在子任務中檢查取消狀態。Swift 標準函式庫的實作在 TaskGroup.swift中說明了這項行為。
如果介面仍然卡頓，請追查完整的昂貴呼叫路徑。檢查工作函式是否呼叫了主 actor 方法、存取了 actor 隔離屬性，或在進入並行邊界前執行大量準備工作。將必要的整數值傳入工作函式，並將長時間迴圈留在該邊界內。
如果編譯器不接受 @concurrent，請確認工具鏈版本。此屬性是在 Swift 6.2 中實作，並適用於非同步函式。對較舊的工具鏈，SE-0461記錄了較早的非隔離非同步執行模型；請使用符合該編譯器版本的文件，不要假設所有版本對 nonisolated async 的行為都相同。
對此 Mac 工作而言，實用的架構很精簡：主 actor 管理介面狀態，並行工作函式接收彼此獨立的值，而父任務則合併完整結果。調整區塊大小時請保留值契約，並在採用效能變更前確認檢查和相同且介面仍維持流暢。
來源
- 採用 Swift 並行功能 — Apple。
- 預設在呼叫端的 actor 上執行非隔離非同步函式 — Swift.org，Swift Evolution。
- 允許 nonisolated 防止推斷全域 actor — Swift.org，Swift Evolution。
- 並行功能 — Swift.org，《Swift 程式語言》手冊。
- 進階運算子 — Swift.org，《Swift 程式語言》手冊。
- Task — Apple 開發者文件。
- TaskGroup — Apple 開發者文件。
- activeProcessorCount — Apple 開發者文件。
- TaskGroup.swift — Swift.org，Swift 標準函式庫。