Ошибка finish() в AsyncStream: причины и решения

Ошибка “execution stopped with unexpected state” в Swift AsyncStream возникает при вызове continuation.finish() из параллельных задач (Task {}) или очередей (DispatchQueue), потому что это нарушает принципы структурированной конкурентности языка Swift. Когда вы вызываете finish() из неструктурированного контекста выполнения, поток не может корректно обработать завершение и приводит к непредвиденному состоянию выполнения. Чтобы правильно определить момент завершения потока, используйте continuation.onTermination для обработки завершения и предпочтение структурированной конкурентности, которая обеспечивает автоматическое завершение дочерних задач при отмене родительской.

Содержание

• Ошибка ‘execution stopped with unexpected state’ в Swift AsyncStream
• Разница между структурированной и неструктурированной конкурентностью в Swift
• Правильное завершение AsyncStream: продолжение и обработка завершения
• Работа с AsyncStream в Playground: особенности и решения
• Предотвращение утечек памяти при использовании AsyncStream
• Практические примеры: создание и завершение потоков в Swift
• Источники
• Заключение

Ошибка ‘execution stopped with unexpected state’ в Swift AsyncStream

Ошибка “execution stopped with unexpected state” возникает в Swift AsyncStream при вызове continuation.finish() из параллельных задач (Task {}) или очередей (DispatchQueue), потому что это нарушает принципы структурированной конкурентности языка Swift. Когда вы вызываете finish() из неструктурированного контекста выполнения, поток не может корректно обработать завершение и приводит к непредвиденному состоянию выполнения.

Важно понимать, что AsyncStream тесно связан со структурированной моделью конкурентности Swift. Когда вы создаете AsyncStream, он ожидает, что его жизненный цикл будет управляться в рамках структурированной иерархии задач. Вызов finish() из Task {} или DispatchQueue ломает эту иерархию, потому что эти контексты выполнения не связаны с родительской задачей, в которой был создан поток.

Проблема особенно заметна в среде Playground, где выполнение может неожиданно прерываться, что еще больше усугубляет ситуацию. Ошибка сигнализирует о том, что система конкурентности обнаружила несоответствие между созданием потока и его завершением.

Разница между структурированной и неструктурированной конкурентностью в Swift

Swift предлагает два подхода к конкурентному программированию: структурированную и неструктурированную. Понимание их различий критически важно для правильного использования AsyncStream.

Структурированная конкурентность создает явную иерархию задач, где дочерние задачи наследуют жизненный цикл от родительской. Когда родительская задача отменяется или завершается, все ее дочерние задачи автоматически отменяются. Это обеспечивает предсказуемое управление ресурсами и предотвращает утечки памяти.

// Структурированная задача
Task {
 // Эта задача является дочерней по отношению к родительской
 let stream = AsyncStream<Int> { continuation in
 for i in 1...5 {
 continuation.yield(i)
 }
 continuation.finish() // Безопасно вызывается в том же контексте
 }
 
 for await value in stream {
 print(value)
 }
}

Неструктурированная конкурентность (Task {}) не создает иерархии и не наследует автоматическое завершение от родительской задачи. Такие задачи существуют независимо и требуют ручного управления жизненным циклом. Именно при использовании неструктурированных задач чаще всего возникают проблемы с continuation.finish().

// Неструктурированная задача - может вызвать проблемы
Task {
 let stream = AsyncStream<Int> { continuation in
 DispatchQueue.global().async {
 for i in 1...5 {
 continuation.yield(i)
 }
 // ОШИБКА: вызов из другого контекста выполнения
 continuation.finish() 
 }
 }
 
 for await value in stream {
 print(value)
 }
}

Ключевое отличие: структурированные задачи обеспечивают автоматическое управление жизненным циклом, а неструктурированные требуют ручного контроля. AsyncStream ожидает структурированного подхода, поэтому вызов finish() из неструктурированного контекста приводит к ошибке.

Правильное завершение AsyncStream: продолжение и обработка завершения

Правильное управление завершением AsyncStream требует понимания двух ключевых аспектов: когда вызывать finish() и как обрабатывать завершение потока.

Корректный вызов finish()

continuation.finish() должен вызываться в том же контексте выполнения, где был создан поток. Это означает, что если вы создаете AsyncStream в структурированной задаче, вызов finish() должен происходить внутри этой же задачи или ее дочерних задач.

// Правильный подход
Task {
 let stream = AsyncStream<Int> { continuation in
 for i in 1...5 {
 continuation.yield(i)
 }
 // Безопасно - вызывается в том же контексте
 continuation.finish() 
 }
 
 for await value in stream {
 print(value)
 }
}

Использование onTermination для обработки завершения

Современный подход к управлению жизненным циклом AsyncStream включает использование обработчика завершения:

Task {
 var continuation: AsyncStream<Int>.Continuation!
 let stream = AsyncStream<Int> { cont in
 continuation = cont
 }
 
 // Установка обработчика завершения
 continuation.onTermination { @Sendable state in
 // Этот код будет вызван при любом завершении потока
 print("Поток завершен со статусом: (state)")
 
 // Очистка ресурсов
 // ...
 }
 
 // Генерация значений
 for i in 1...5 {
 continuation.yield(i)
 }
 
 // Явное завершение
 continuation.finish()
}

Автоматическое завершение в структурированном контексте

В структурированном контексте AsyncStream автоматически завершается при выходе из области видимости:

Task {
 // Этот поток будет автоматически завершен при выходе из этой области
 let stream = AsyncStream<Int> { continuation in
 Task {
 for i in 1...5 {
 continuation.yield(i)
 }
 // Не обязательно вызывать finish() явно
 // в структурированном контексте
 }
 }
 
 for await value in stream {
 print(value)
 }
 // Поток автоматически завершается здесь
}

Этот подход обеспечивает предсказуемое поведение и помогает избежать утечек памяти, так как система конкурентности автоматически управляет жизненным циклом потока.

Работа с AsyncStream в Playground: особенности и решения

Playground предоставляет уникальную среду для тестирования Swift-кода, но она также имеет особенности, которые могут влиять на работу с AsyncStream.

Особенности Playground

1. Автоматическое завершение выполнения - Playground автоматически останавливает выполнение после завершения основного кода
2. Ограниченная поддержка асинхронных операций - некоторые асинхронные паттерны могут работать некорректно
3. Отсутствие явного управления жизненным циклом - нет прямого контроля над временем выполнения

Решения для Playground

Чтобы корректно работать с AsyncStream в Playground, необходимо явно указать системе, что требуется неопределенное время выполнения:

import PlaygroundSupport

// Указываем, что требуется неопределенное выполнение
PlaygroundPage.current.needsIndefiniteExecution = true

Task {
 let stream = AsyncStream<Int> { continuation in
 for i in 1...5 {
 continuation.yield(i)
 }
 continuation.finish()
 }
 
 for await value in stream {
 print(value)
 }
 
 // После завершения потока указываем, что выполнение может завершиться
 PlaygroundPage.current.finishExecution()
}

Альтернативные подходы для Playground

Если вы хотите избежать сложностей с управлением выполнением, можно использовать более простые подходы:

// Использование Task с ожиданием завершения
Task {
 let stream = AsyncStream<Int> { continuation in
 for i in 1...5 {
 continuation.yield(i)
 }
 continuation.finish()
 }
 
 // Явное ожидание завершения
 await Task {
 for await value in stream {
 print(value)
 }
 }.value
 
 PlaygroundPage.current.finishExecution()
}

Эти подходы позволяют избежать ошибки “execution stopped with unexpected state” в Playground, обеспечивая корректное завершение асинхронных операций.

Предотвращение утечек памяти при использовании AsyncStream

Утечки памяти при работе с AsyncStream часто возникают из-за неправильного управления жизненным циклом потока и его продолжения (continuation).

Основные причины утечек

1. Невыполненный вызов finish() - продолжение остается активным, ожидая вызова завершения
2. Сильные ссылки (strong references) - продолжение удерживает ссылку на замыкание, создающее циклические зависимости
3. Неправильное управление контекстом выполнения - вызов finish() из неструктурированного контекста

Предотвращение утечек

1. Использование weak ссылок

class DataGenerator {
 private var continuation: AsyncStream<Data>.Continuation?
 
 func generateStream() -> AsyncStream<Data> {
 return AsyncStream<Data> { continuation in
 self.continuation = continuation
 
 // Использование weak для предотвращения циклических ссылок
 weak var weakSelf = self
 Task {
 for i in 1...5 {
 weakSelf?.continuation?.generateData(i)
 }
 weakSelf?.continuation?.finish()
 weakSelf?.continuation = nil
 }
 }
 }
 
 private func generateData(_ value: Int) {
 // Генерация данных
 }
}

2. Правильное управление жизненным циклом

struct SafeStreamGenerator {
 private var continuation: AsyncStream<String>.Continuation?
 private let lock = NSLock()
 
 func createStream() -> AsyncStream<String> {
 return AsyncStream<String> { continuation in
 self.lock.lock()
 self.continuation = continuation
 self.lock.unlock()
 
 // Установка обработчика завершения
 continuation.onTermination { state in
 self.lock.lock()
 self.continuation = nil
 self.lock.unlock()
 print("Очистка ресурсов после завершения потока")
 }
 }
 }
 
 func generateValues() {
 lock.lock()
 defer { lock.unlock() }
 
 guard let continuation = continuation else { return }
 
 for value in ["A", "B", "C"] {
 continuation.yield(value)
 }
 
 continuation.finish()
 self.continuation = nil
 }
}

3. Автоматическое завершение в области видимости

func createSafeStream() -> AsyncStream<String> {
 return AsyncStream<String> { continuation in
 let task = Task {
 for value in ["X", "Y", "Z"] {
 continuation.yield(value)
 }
 continuation.finish()
 }
 
 // Автоматическое завершение при выходе из области видимости
 defer {
 if !task.isCancelled {
 task.cancel()
 }
 }
 }
}

Эти подходы помогают предотвратить утечки памяти, ensuring that the AsyncStream and its continuation are properly cleaned up when no longer needed.

Практические примеры: создание и завершение потоков в Swift

Давайте рассмотрим несколько практических примеров, демонстрирующих правильные и неправильные подходы к созданию и завершению потоков в Swift.

Пример 1: Базовый AsyncStream с правильным завершением

// Правильный подход - вызов finish() в том же контексте
func createBasicStream() -> AsyncStream<Int> {
 return AsyncStream<Int> { continuation in
 for i in 1...5 {
 continuation.yield(i)
 }
 // Безопасно - вызывается в том же контексте
 continuation.finish() 
 }
}

// Использование
Task {
 for await value in createBasicStream() {
 print("Получено значение: (value)")
 }
 print("Поток завершен")
}

Пример 2: AsyncStream с обработкой ошибок

func createErrorHandlingStream() -> AsyncStream<Int> {
 return AsyncStream<Int> { continuation in
 Task {
 do {
 for i in 1...3 {
 try await Task.sleep(nanoseconds: 1_000_000_000)
 continuation.yield(i)
 }
 continuation.finish()
 } catch {
 continuation.finish(throwing: error)
 }
 }
 }
}

// Использование с обработкой ошибок
Task {
 do {
 for await value in createErrorHandlingStream() {
 print("Получено значение: (value)")
 }
 } catch {
 print("Ошибка потока: (error)")
 }
}

Пример 3: Некорректный подход - вызов finish() из другого контекста

// ОШИБКА: вызов finish() из другого контекста
func createIncorrectStream() -> AsyncStream<Int> {
 return AsyncStream<Int> { continuation in
 DispatchQueue.global().async {
 for i in 1...5 {
 continuation.yield(i)
 }
 // ОШИБКА: вызов из другого контекста выполнения
 continuation.finish() 
 }
 }
}

// Этот код может вызвать ошибку "execution stopped with unexpected state"

Пример 4: Использование Task для безопасного завершения

func createTaskBasedStream() -> AsyncStream<Int> {
 return AsyncStream<Int> { continuation in
 Task {
 for i in 1...5 {
 continuation.yield(i)
 }
 // Безопасно - вызывается в том же Task
 continuation.finish()
 }
 }
}

// Использование
Task {
 for await value in createTaskBasedStream() {
 print("Значение из Task: (value)")
 }
}

Пример 5: AsyncStream с автоматическим завершением

func createAutoFinishingStream() -> AsyncStream<String> {
 return AsyncStream<String> { continuation in
 Task {
 let values = ["A", "B", "C", "D", "E"]
 
 // Поток автоматически завершится при выходе из Task
 for value in values {
 continuation.yield(value)
 }
 // Не обязательно вызывать finish() явно
 // в структурированном контексте
 }
 }
}

// Использование
Task {
 for await value in createAutoFinishingStream() {
 print("Автоматически завершаемый поток: (value)")
 }
 print("Поток автоматически завершен")
}

Эти примеры демонстрируют различные подходы к созданию и управлению AsyncStream, подчеркивая важность правильного вызова finish() в соответствующем контексте выполнения.

Источники

1. Swift Forums — Обсуждение проблем AsyncStream и структурированной конкурентности: https://forums.swift.org/t/why-asyncstream-breaks-structured-concurrency/71477
2. SwiftLee — Руководство по AsyncStream и AsyncThrowingStream с примерами использования: https://www.avanderlee.com/swift/asyncthrowingstream-asyncstream/
3. Stack Overflow — Решение проблем с выполнением в Playground: https://stackoverflow.com/questions/78556983/async-await-unexpected-error-in-playground
4. Alexander Vasenin — Экспертное объяснение различий между структурированной и неструктурированной конкурентностью: https://forums.swift.org/u/alex.vasenin
5. Antoine van der Lee — Практическое руководство по управлению жизненным циклом AsyncStream: https://www.avanderlee.com

Заключение

Ошибка “execution stopped with unexpected state” при вызове continuation.finish() из параллельных задач или очередей возникает из-за нарушения принципов структурированной конкурентности Swift. AsyncStream ожидает, что его жизненный цикл будет управляться в рамках иерархии задач, а вызов finish() из неструктурированного контекста ломает эту иерархию.

Ключевые решения включают использование структурированных дочерних задач вместо неструктурированных, вызов finish() в том же контексте создания потока и применение обработчика onTermination для корректной обработки завершения. В среде Playground необходимо явно указывать needsIndefiniteExecution = true и вызывать finishExecution() после завершения потока.

Правильное управление AsyncStream предотвращает утечки памяти и обеспечивает предсказуемое поведение асинхронных операций. Понимание различий между структурированной и неструктурированной конкурентностью является основой для эффективной работы с потоками в Swift.