Swift iOS 개발에서 Concurrency와 Multithreading

게시 2024/01/08

By MojitoBar 9 분읽는 시간

들어가기에 앞서

해당 글은 Concurrency and Multithreading in Swift iOS Development 글을 번역한 글입니다.

추가로 예제 코드를 작성하고, 저만의 생각을 덧붙였습니다.

개요

빠르게 변화하는 iOS 개발 환경에서, 매끄러운 유저 경험을 제공하기 위해 반응적이고 성능이 좋은 어플리케이션을 만드는 것은 중요합니다.

개발자가 맞닥뜨리는 도전과제 중 하나는 효과적으로 멀티스레딩과 동시성을 관리하는 것입니다.

애플의 프로그래밍 언어인 Swift에서는, 동시적인 테스크들을 관리하기 위해 강력한 도구들을 제공합니다.

하지만 그것들을 완벽하게 다루는 것은 언어와 모범 사례의 깊은 이해를 필요로 합니다.

Swift의 Concurrency

Concurrency는 동시에 여러 작업을 수행하는 것을 의미합니다. 그리고 Swift는 그것을 달성하기 위해 몇 가지 메커니즘을 제공합니다.

Grand Central Dispatch(GCD)는 동시에 테스크들을 수행하기 위해 간단하고 효과적인 방법을 제공하는 Swift 동시성의 핵심입니다.

또한 Swift는 Swift 기본 구문을 사용하여 비동기 코드를 더 쉽게 작성할 수 있는 async와 await 키워드를 도입했습니다.

Grand Central Dispatch(GCD)

GCD는 동시 작업을 관리하기 위한 강력하고 널리 사용되는 프레임워크입니다.

그것은 복잡한 스레드 관리를 추상화하고, 개발자가 동시에 수행하려는 작업에 집중할 수 있게 해줍니다.

테스크들은 각기 다른 큐에 할당되고, GCD는 스레드와 리소스를 효율적으로 관리합니다.

  
DispatchQueue.global().async {
    let result = getImage()
    DispatchQueue.main.async {
        updateUI(result)
    }
}

func getImage() -> String {
    // 시간이 걸리는 API 호출 코드

    return "API 호출 결과"
}

func updateUI(_ result: String) {
    // UI 업데이트 코드
}

위의 코드는 백그라운드에서 이미지를 가져오고, 메인 스레드에서 UI를 업데이트하는 간단한 예제입니다.

코드가 실행되고 global().async 코드 블럭은 concurrent queue에서 실행됩니다.

그리고 그 안에 있는 main.async 코드 블럭은 main queue에서 실행됩니다.

main.async 블럭 다음 줄에 코드가 있다면 그것은 concurrent queue에서 실행됩니다.

Swift의 Async/Await

Swift는 5.5에서 더 편리한 비동기 코드를 작성할 수 있도록 async와 await 키워드를 도입했습니다.

이 키워드들은 개발자가 더 가독성 있고 콜백과 completion 핸들러의 필요를 줄여 순차적인 비동기 코드를 작성할 수 있게 해줍니다.

  
// async/await를 사용한 예시 코드
func fetchData() async throws -> Data {
    let url = URL(string: "https://www.example.com")!
    let (data, _) = try await URLSession.shared.data(from: url)
    return data
}
// 비동기 함수 호출
Task {
    do {
        let data = try await fetchData()
        print(data)
    } catch {
        print(error)
    }
}

경합 조건 예방과 식별

동시성은 두 개 또는 그 이상의 스래드가 동시에 공유된 데이터에 접근하여 예측할 수 없는 행동으로 이어지는 경합 조건의 위험을 내포합니다.

Swift는 경합 조건의 위험을 줄이기 위해 @synchronized 블럭과 DispatchQueue barrier와 같은 도구를 제공합니다.

  
class SharedResource {
    private var data: [String] = []
    private let dataQueue = DispatchQueue(label: "com.example.sharedResource")

    func addData(_ newData: String) {
        dataQueue.async(flags: .barrier) {
            self.data.append(newData)
        }
    }

    func readData() -> [String] {
        var result: [String] = []

        dataQueue.sync {
            result = self.data
        }

        return result
    }
}

위의 코드에서는 쓰기 작업에 barrier flag를, 읽기 작업에 sync를 사용하여 경합 조건을 방지합니다.

barrier flag를 사용하면 해당 작업이 실행되는 동안 다른 모든 작업(읽기, 쓰기)이 대기 상태가 됩니다.

이렇게 하면 쓰기 작업이 완료되기 전에 다른 작업이 실행되는 것을 방지할 수 있습니다.

읽기 작업에서는 공유 자원의 상태를 변경하지 않지만, 일관된 상태의 데이터를 읽어야 합니다.

따라서 sync를 이용하면 읽기 작업이 완료될 때까지 다른 쓰기 작업이 시작되지 않습니다.

스레드 안전성과 동기화

스레드 안전성을 보장하는 것은 멀티스레드 환경에서 무엇보다 중요한 부분입니다.

스위프트는 다중 스레드의 동시 접근으로부터 공유된 자원을 보호하기 위해 락, 세마포어, 원자성 연산자와 같은 다양한 동기화 도구를 제공합니다.

Swift 동기 프로그래밍의 모범 사례

동기화를 위해 Serial 큐를 사용하세요.
직렬 큐는 한 번에 하나의 작업만 실행되도록 보장하므로, 공유된 자원에 대한 동시 접근을 방지할 수 있습니다.
과도한 전역 Concurrent 큐 사용을 피하세요.
전역 concurrent 큐는 편리하지만, 너무 많은 작업을 만들면 성능에 영향을 줄 수 있습니다. 대신 특정 테스크를 위한 private 큐를 만드세요.
동시성 이슈를 위해 철처히 테스트하세요.
동시성 버그는 발견하기 힘들 수 있습니다. Xcode의 Thread Sanitizer와 같은 도구로 엄격하게 테스트 하는 것은 잠제적인 이슈를 고치고 식별하기 위해 중요합니다.
비동기 디자인 패턴을 도입하세요.
델리게이트, 콜백, Combine 프레임워크와 같은 디자인 패턴을 활용하여 비동기 작업을 더 우아하게 다룰 수 있습니다.

도전 과제와 고려 사항

Swift는 동시성을 위한 강력한 도구를 제공하지만, 개발자들은 반드시 잠재적 위험에 대해 인지하고 있어야 합니다. 데드락, 우선순위 역전, 리소스 경합은 멀티스레드 환경에서 일어날 수 있는 문제들입니다.

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