swift

Swift의 Concurrency

GCD

Thread & Queue

Task: 일
Thread: 노동자
Queue: 대기 행렬 (FIFO 구조)

GCD: Grand Central Dispatch

GCD는 Dispatch Queue 사용: OS가 Thread로 알아서 분산 처리

Dispatch Queue 종류

Main Queue: 1개, Serial, Main Thread
Global Queue: Concurrent, QoS 종류 6개
Custom Queue: Serial/Concurrent 선택 가능, QoS 설정 가능

Operation Queue

GCD + @ 라고 생각하면 됨
동시에 실행할 수 있는 동작의 최대 수 지정 가능
동작 일시 중지 및 취소 가능

Sync vs Async

Sync: Queue로 보낸 작업이 완료 될 때까지 기다림

Async: Queue로 보낸 작업을 안 기다리고 다음 코드 실행 (끝나기를 기다리지 않음)

Sync vs Async: 작업 보내는 시점에서 끝나기를 기다릴지 말지

Serial vs Concurrent

Serial queue (직렬 큐): 한개의 쓰레드에서 전부 진행 → 순서 예측 가능

Concurrent queue (병렬 큐): 여러개의 쓰레드에서 진행 → 순서 보장 X

Serial vs Concurrent: Queue로 보낸 작업들을 한개 vs 여러개 쓰레드로 보낼지

async/await

async

함수 정의 뒷부분에 async를 붙이면 해당 함수는 비동기라는 것을 나타냄
async 함수는 concurrent context 내부 즉, 다른 async 함수 내부 혹은 Task 내부에서 사용 가능

await

print("비동기 함수 호출 전") // Thread A에서 실행
await asyncFunction() // Thread A 제어권 시스템에게 줌. 나중에 시스템이 이후 작업에 대한 Thread 제어권 알아서 줌.

async 함수를 호출하기 위해 await가 필요하고, 이는 potential suspension point로 지정 된다는 것을 의미
Suspend 된다는 것은 해당 thread에 대한 control을 포기한다는 것
해당 코드를 돌리고 있던 thread에 대한 control은 system에게 가고, system은 해당 thread를 사용하여 다른 작업 가능

print("비동기 함수 호출 전") // Thread A에서 실행
await asyncFunction() // Thread A 제어권 시스템에게 줬다가 시스템으로부터 Thread B 제어권을 받을때 실행
print("비동기 함수 호출 후") // Thread B에서 이어서 실행

await로 인한 중단은 해당 thread에서 다른 코드의 실행을 막지는 않음
function은 suspend 되고, 다른 것들이 먼저 실행 될 수 있고 그렇기에 그 동안 앱의 상태가 크게 변할 수 있음
thread를 차단하는 대신 control을 포기해 작업을 중지 및 재개할 수 있는 개념을 도입

정리하자면, await로 async 함수를 호출하는 순간 해당 thread control 포기
따라서 async 작업 및 같은 블럭에 있는 다음 코드들을 바로 실행하지 못함
thread control을 system에게 넘기면서, system에게 해당 async 작업도 schedule
system은 다른 중요한 작업이 있다면 먼저 실행하고, 특정 thread control을 줘서 async 함수와 나머지 코드를 resume

Task

SwiftUI task에서 비동기 작업하기

Task는 비동기 작업 단위: A unit of asynchronous work
격리되어(isolated), 독립적으로(independently) 비동기 작업을 수행
값이 공유될 상황이 있을때는 Sendable 체킹을 통해 Task가 격리된 상태로 남아있는지 체크

print("1")
Task {
    print("2") // 비동기로 실행
}
print("3")

Task 안에서의 작업은 처음부터 끝까지 순차적으로 실행
await를 만나면 작업은 몇번이고 중단될 수는 있지만, 실행 순서가 변경되지는 않음

Task {
    // 비동기 context. 순서대로 실행.
    let fish = await catchFish()
    let dinner = await cook(fish)
    await eat(dinner)
}

Data Race: 여러 Task가 동시에 일을 하고 있지만 동일한 객체(Class)를 참조하기 때문에 발생
Sendable 프로토콜: 동시에 사용해도 안전한 타입 (Actor)

async/await +

TaskGroup

TaskGroup으로 여러 병렬 작업을 합쳐 모든 작업이 완료되면 결과를 반환 받을 수 있음

let images = await withTaskGroup(of: UIImage.self, returning: [UIImage].self) { taskGroup in
    let photoURLs = await loadPhotoUrls()
    for photoURL in photoURLs {
        taskGroup.addTask { await downloadPhoto(url: photoURL) }
    }

    var images = [UIImage]()
    for await result in taskGroup {
        images.append(result)
    }
    
    return images
}

AsyncStream

AsyncStream은 순서가 있고, 비동기적으로 생성된 요소들의 sequence
yield로 스트림에 Element를 제공
finish로 정상적으로 스트림을 종료

let digits = AsyncStream<Int> { continuation in
    for digit in 1...10 {
        continuation.yield(digit)
    }
    continuation.finish()
}

for await digit in digits {
    print(digit)
}

Throw가 가능한 AsyncThrowingStream도 존재

let digits = AsyncThrowingStream<Int, Error> { continuation in
    for digit in 1...10 {
        continuation.yield(digit)
    }
    continuation.finish(throwing: error)
}

do {
    for try await digit in digits {
        print(digit)
    }
} catch {
    // 에러 처리
}

onTermination 콜백 설정도 가능

continuation.onTermination = { termination in
    switch termination {
    case .finished:
        print("finished")
    case .cancelled:
        print("cancelled")
    }
}

Continuation

기본적으로 Continuation은 비동기 호출 이후에 일어나는 코드
클로저 기반의 completion handler 비동기 처리를 async/await 형태로 바꾸기 위해 존재

func fetch(completion: @escaping ([String]) -> Void) {
    let url = URL(string: "https://www.hohyeonmoon.com")!

    URLSession.shared.dataTask(with: url) { data, _, _ in
        if let data {
            if let something = try? JSONDecoder().decode([String].self, from: data) {
                completion(something)
                return
            }
        }
        completion([])
    }.resume()
}

func fetch() async -> [String] {
    await withCheckedContinuation { continuation in
        fetch { something in
            continuation.resume(returning: something)
        }
    }
}

let something = await fetch()

위와 같이 클로저 비동기 처리를 async로 변경 가능
continue에서 두 번 이상 resume을 호출하면 안됨
resume을 호출하지 않아도 Task가 무기한 일시 중단된 상태로 유지
즉, resume은 정확히 한번 호출되어야 함

Actor

공유 데이터에 접근해야 하는 여러 Task를 조정
외부로부터 데이터를 격리하고, 한 번에 하나의 Task만 내부 상태를 조작하도록 허용
동시 변경으로 인한 Data Race를 피함
Actor의 목적이 shared mutable state를 표현하는 것이기 때문에 class와 같은 reference 타입

actor SharedWallet {
    let name = "공유 지갑"
    var amount = 0
    
    init(amount: Int) {
        self.amount = amount
    }
    
    func spendMoney(ammount: Int) {
        self.amount -= ammount
    }
}

Task {
    let wallet = SharedWallet(amount: 10000)
    let name = wallet.name // 1 
    let amount = await wallet.amount // 2
    await wallet.spendMoney(ammount: 100) // 3
    await wallet.amount += 100 // 4
}

1: 상수는 변경 불가능하기 때문에 어느 스레드에서 접근해도 안전하고 actor 외부에서도 바로 접근 가능
2: actor 외부에서 변수 접근시 await 필요
3: actor 외부에서 메서드 호출시 await 필요
4: 컴파일 에러, actor 외부에서 actor 내부의 변수를 변경할 수 없음

MainActor

MainActor: main thread를 나타내는 특별한 global actor
await이 사용되었다는 것은, 해당 thread에서 다른 코드가 실행될 수 있도록 실행 중인 함수가 중지될 수 있다는 의미

await MainActor.run {
 // UI 관련 코드 1
}
await MainActor.run {
 // UI 관련 코드 2
}

따라서 메인 스레드에서 한꺼번에 작업이 이뤄지길 원하는 경우에는 관련 함수를 run block에 그룹화 해야함
그래야 해당 함수들 사이에는 일시 중단 없이 호출이 실행되도록 할 수 있음

await MainActor.run {
 // UI 관련 코드 1
 // UI 관련 코드 2
}

Main Thread에서 실행되어야 하는 코드를 @MainActor 표시로 함수, 클로저, 타입 등에 적용 가능
class, struct, enum 같은 type에 붙으면, 내부에 있는 모든 property와 method가 isolated 되고 main thread에서 동작

actor SomeActor {
    let id = UUID().uuidString
    @MainActor var myProperty: String
    
    init(_ myProperty: String) {
        self.myProperty = myProperty
    }
    
    @MainActor func changeMyProperty(to newValue: String) {
        self.myProperty = newValue
    }
    
    func changePropertyToName() {
        Task { @MainActor in
            myProperty = "naljin"
        }
    }
}

Swift의 Concurrency

GCD

Thread & Queue

GCD: Grand Central Dispatch

Dispatch Queue 종류

Operation Queue

Sync vs Async

Serial vs Concurrent

async/await

async

await

Task

async/await +

TaskGroup

AsyncStream

Continuation

Actor

Actor

MainActor

참고