[Programming/Swift] Concurrency Basic

Swift는 구조화된 방식으로 비동기 (asynchronous)와 병렬 (parallel) 코드 작성을 지원한다. 비동기 코드(Asynchronous code)는 일시적으로 중단되었다가 다시 실행할 수 있지만 한 번에 프로그램의 한 부분만 실행된다. 프로그램에서 코드를 일시 중단하고 다시 실행하면 UI 업데이트와 같은 짧은 작업을 계속 진행하면서 네트워크를 통해 데이터를 가져오거나 파일을 분석하는 것과 같은 긴 실행 작업을 계속할 수 있다.

병렬 코드(Parallel code)는 동시에 코드의 여러 부분이 실행됨을 의미한다. 예를 들어 4코어 프로세스의 컴퓨터는 각 코어가 하나의 작업을 수행하므로 코드의 네 부분을 동시에 실행할 수 있다.

병렬이나 비동기 코드의 추가적인 스케줄링 유연성에는 복잡성이 증가한다. 동시성 코드를 작성할 때 어떤 코드가 동시에 실행될지 알 수 없으며, 코드 실행 순서도 항상 알 수 없을 수 있다. 동시성 코드에서 흔히 발생하는 문제는 여러 코드가 일부 공유 가능한 가변 상태에 접근하려고 할 때 발생하고, 이것을 데이터 경쟁(data race)이라고 한다. 언어 차원의 동시성 지원을 사용하면 Swift는 데이터 경쟁을 감지하고 방지하며, 대부분의 데이터 경쟁은 컴파일 시 오류를 발생시킨다. 일부 데이터 경쟁은 코드가 실행될 때까지 감지되지 않을 수 있다. 이러한 데이터 경쟁은 코드 실행을 종료시킨다.

Actor와 격리(isolation)를 사용하면 데이터 경쟁(data race)으로부터 보호할 수 있다.

다음 코드는 사진 이름 목록을 다운로드하고, 해당 목록의 첫 번째 사진을 다운로드하고, 해당 사진을 사용자에게 보여주는 코드이다.

listPhotos(inGallery: "Summer Vacation") { photoNames in
    let sortedNames = photoNames.sorted()
    let name = sortedNames[0]
    downloadPhoto(named: name) { photo in
        show(photo)
    }
}

위 코드는 완료 핸들러(completion handler) 방식으로, 간단한 경우에도 클로저가 중첩되어 코드가 복잡해진다. 이런 문제를 해결하기 위해 Swift는 async/await 기반의 비동기 함수를 제공한다.

비동기 함수 정의와 호출 (Defining and Calling Asynchronous Functions)

비동기 함수(asynchronous function)나 비동기 메서드(asynchronous method)는 실행 도중에 일시적으로 중단될 수 있는 특수한 함수나 메서드이다. 이것은 완료될 때까지 실행 혹은 오류가 발생하는 반환되지 않는 일반적인 동기 함수(synchronous function)나 메서드(sychrounous method)와 대조된다.

함수나 메서드가 비동기(asynchronous)임을 나타내려면 던지는 함수(throwing function)를 나타내기 위해 throws 사용하는 것과 유사하게 매개변수 뒤의 선언에 async 키워드를 작성한다.

함수나 메서드가 값을 반환한다면, 반환 화살표(->) 앞에 async를 작성한다.

func listPhotos(inGallery name: String) async -> [String] {
    let result = // ... 비동기 코드
    return result
}

비동기 메서드를 호출할 때, 해당 메서드가 반환할 때까지 실행이 일시 중단된다. 중단될 가능성이 있는 지점을 표시하기 위해 호출 앞에 await를 작성한다. 이것은 오류가 있는 경우 프로그램의 흐름이 변경 가능함을 나타내기 위해 던지는 함수를 호출할 때 try를 작성하는 것과 같다.

비동기 메서드 내에서 실행 흐름은 다른 비동기 메서드를 호출할 때만 일시 중단될 수 있다. 중단은 암시적이거나 선점적이지 않다. 이것은 가능한 모든 중단 지점이 await로 표시된다는 의미이다. 코드에서 중단 가능한 모든 지점을 표시하면 동시성 코드를 읽기 쉽고 이해하기 쉽게 만들어 준다.

예를 들어 아래 코드는 갤러이에 모든 사진의 이름으 가져온 다음, 첫 번째 사진을 보여준다.

let photoNames = await listPhotos(inGallery: "Summer Vacation")
let sortedNames = photoNames.sorted()
let name = sortedNames.first ?? "No photos found"
let photo = await downloadPhoto(named: name)
show(photo)

listPhotos(inGallery:)와 downloadPhoto(named:) 함수 모두 네트워크 요청을 필요로 하기 때문에, 완료하는데 비교적 오랜 시간이 걸릴 수 있다. 반환 화살표 전에 async를 작성하여 둘 다 비동기로 만들면 이 코드는 사진이 준비될 때까지 기다리는 동안 앱의 나머지 코드가 계속 실행될 수 있다.

위 예시 코드의 동시성을 이해하기 위한 실행 순서는 다음과 같다.

1. 코드는 첫 번째 줄에서 실행을 시작하고, 첫 번째 await까지 실행된다. listPhotos(inGallery:) 함수를 호출하고 해당 함수가 반환할 때까지 실행을 일시 중단한다.

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• 출처: Swift 공식 Doc