Swift의 동시성(Concurrency) 프로그래밍에 대해 설명해주세요.

[ujhong7]

Swift의 동시성(Concurrency) 프로그래밍

동시성 프로그래밍은 여러 작업을 효율적으로 처리하기 위해 동시에 실행되도록 설계된 프로그래밍 방식입니다. Swift에서는 Grand Central Dispatch(GCD), OperationQueue, **Swift Concurrency(Async/Await)**를 사용해 동시성 처리를 수행합니다.

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Grand Central Dispatch(GCD)

주요 개념

1. DispatchQueue

   작업을 실행할 스레드를 관리하는 큐입니다. GCD는 작업 단위를 **클로저**로 정의하여 큐에 추가하고 적절한 스레드에서 실행합니다.

   • Serial Queue: 작업을 순차적으로 실행.
   • Concurrent Queue: 작업을 동시에 실행하되 완료 순서는 보장하지 않음.

2. Main Queue

   • 앱의 메인 스레드에서 실행되며, UI 작업은 반드시 메인 큐에서 실행해야 합니다.

3. Global Queue

   • 시스템에서 제공하는 기본 동시 큐로, 우선순위별로 여러 개의 큐를 제공.

4. QoS (Quality of Service)

   작업의 중요도와 우선순위를 설정하여 시스템 리소스를 적절히 배분합니다.

   예: .userInteractive, .userInitiated, .background 등.

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GCD 사용 방법

1. 비동기 작업 실행

DispatchQueue.global().async {
    print("비동기 작업 실행")
}

2. 동기 작업 실행

DispatchQueue.global().sync {
    print("동기 작업 실행")
}

3. 메인 큐에서 작업 실행

DispatchQueue.main.async {
    print("UI 업데이트")
}

4. 작업 지연 실행

DispatchQueue.global().asyncAfter(deadline: .now() + 2) {
    print("2초 후 실행")
}

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OperationQueue와 DispatchQueue의 차이점

Feature | OperationQueue | DispatchQueue -- | -- | -- 레벨 | 객체 지향 방식 (NSOperation) | 함수 기반 방식 작업 정의 | Operation 클래스를 상속받아 작업을 정의 | 클로저로 작업 정의 우선순위 설정 | 작업 간 우선순위 설정 가능 | 작업 자체의 우선순위 설정은 불가능 종속성 설정 | 작업 간의 종속성을 지정할 수 있음 | 종속성 설정 불가능 취소 | 작업을 취소할 수 있음 (isCancelled 속성 활용) | 클로저는 취소 불가능 적용 사례 | 복잡한 작업 스케줄링 및 종속성 관리가 필요한 경우 | 간단한 동시성 처리

OperationQueue 사용 예

let queue = OperationQueue()
let operation1 = BlockOperation {

print("작업 1 실행")

}

let operation2 = BlockOperation {

print("작업 2 실행")

}
operation2.addDependency(operation1) // 작업 2는 작업 1이 끝난 후 실행

queue.addOperations([operation1, operation2], waitUntilFinished: false)

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동시성 프로그래밍에서 발생할 수 있는 문제와 해결 방법

1. Race Condition

• 문제: 두 개 이상의 스레드가 동시에 동일한 자원을 접근 및 수정하려고 할 때 발생.
• 해결 방법:
  • 동기화(Synchronization): DispatchSemaphore 또는 NSLock 사용.
  • Serial Queue: 하나의 작업만 순차적으로 실행.

예: Race Condition

var sharedResource = 0

DispatchQueue.concurrentPerform(iterations: 10) { _ in

sharedResource += 1 // Race Condition 발생

}

해결 방법

let lock = NSLock()

var sharedResource = 0

DispatchQueue.concurrentPerform(iterations: 10) { _ in

lock.lock()

sharedResource += 1

lock.unlock()

}

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2. Deadlock

• 문제: 두 개 이상의 스레드가 서로의 작업이 끝나길 기다리며 무한 대기 상태에 빠짐.
• 해결 방법:
  • 동기 호출 지양: 비동기 호출을 통해 작업 순환 방지.
  • Lock 순서 정의: Lock을 항상 동일한 순서로 획득.

예: Deadlock

let queue = DispatchQueue(label: "deadlock.queue")

queue.sync {

queue.sync {

print("Deadlock 발생") // 내부 작업이 끝나길 기다리며 멈춤

}

}

해결 방법

let queue = DispatchQueue(label: "no.deadlock.queue")

queue.async {

queue.sync {

print("Deadlock 해결")

}

}

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3. Priority Inversion

• 문제: 낮은 우선순위의 작업이 높은 우선순위 작업에 의해 블록될 때 발생.
• 해결 방법:
  • QoS를 적절히 설정하여 우선순위를 관리.

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Async/Await

Swift 5.5부터 도입된 Async/Await는 비동기 작업을 더 읽기 쉽고 직관적으로 작성할 수 있도록 설계된 동시성 프로그래밍 모델입니다. 기존의 클로저 기반 또는 콜백 지옥 문제를 해결하며, 비동기 코드를 마치 동기 코드처럼 작성할 수 있게 해줍니다.

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Async/Await의 주요 특징

1. 코드 가독성: 비동기 작업을 순차적으로 작성 가능.
2. 에러 처리: **try-catch**를 사용해 비동기 함수에서 발생하는 오류를 처리.
3. 동기 코드와의 자연스러운 통합: 비동기 작업과 동기 작업을 혼합하여 직관적인 코드 작성 가능.

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Async/Await 사용 방법

1. 비동기 함수 정의

• async 키워드를 사용하여 비동기 함수 선언.
• 반환 타입은 일반적으로 **async ->로 표시.

func fetchData() async -> String {

// 네트워크 요청 등 비동기 작업 처리

return "Data fetched"

}

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2. 비동기 함수 호출

• 비동기 함수는 반드시 await 키워드로 호출.
• 호출부는 async 환경에서만 가능.

Task {

let data = await fetchData()

print(data)

}

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3. 비동기 함수와 오류 처리

• throws**를 사용해 비동기 작업 중 발생하는 오류 처리 가능.
• 호출부에서 try await 키워드 사용.

func fetchData() async throws -> String {

if Bool.random() {

throw URLError(.badServerResponse)

}

return "Data fetched"

}

Task {

do {

let data = try await fetchData()

print(data)

} catch {

print("Error fetching data: \(error)")

}

}

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4. 병렬 처리

• **async let**을 사용하면 비동기 작업을 병렬로 실행 가능.

func fetchImage() async -> String {

"Image Data"

}

func fetchUserProfile() async -> String {

"User Profile Data"

}
Task {

async let image = fetchImage()

async let profile = fetchUserProfile()
let results = await (image, profile)
print("Results: \\(results)")

}

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5. Task 그룹

• 여러 비동기 작업을 그룹화하여 관리.

func fetchData(for ids: [Int]) async -> [String] {

await withTaskGroup(of: String.self) { group in

for id in ids {

group.addTask {

return "Data for ID: \(id)"

}

}

    var results = [String]()
    for await result in group {
        results.append(result)
    }
    return results
}

}

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Async/Await의 장점

1. 가독성 향상: 비동기 작업을 순차적 흐름처럼 작성 가능.
2. 에러 처리 통합: try-catch로 동기 코드와 동일하게 에러 처리.
3. 병렬 작업 지원: async let 및 TaskGroup을 통한 효율적인 병렬 처리.

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Async/Await의 주의점

1. 호출 컨텍스트 제한: **await**는 반드시 비동기 환경에서 호출되어야 함.
2. 하위 호환성 문제: iOS 13 이하에서는 사용할 수 없음.
3. 적절한 사용 필요: 모든 비동기 작업에 적용하기보다 적합한 경우에만 사용.

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Async/Await는 비동기 작업을 보다 쉽게 관리할 수 있도록 해주는 강력한 도구이며, 동시성 코드를 작성할 때 기본적인 선택이 되고 있습니다.