[SWIFT] 비동기 프로그래밍

앱의 성능 / 반응성 / 최적화를 위해 필요한 개념

 

서버에 데이터를 요청하는 일 (네트워크 통신)은 부하가 많이 걸리는 일이다.

만약에 비동기 처리를 하지 않으면 화면이 버벅거리는 현상이 발생할 수 있다. 

 

아이폰의 화면주사율은 60Hz로 1초에 60번 화면을 다시 그린다. (어떤 메커니즘에 의해 동작)

-> 비동기 처리를 하지 않으면 이런 메커니즘이 제대로 동작하지 못하기 때문에 화면이 버벅거림

 

CPU

코어 (Core) ==

쓰레드 (thread) == 물리적으로 일을 처리하는 연산장치의 개수

클럭 (Clock) ==

 

개발자가 별다른 처리를 하지 않으면 자동으로 1번(메인)쓰레드에서만 일을 한다.

 

1번쓰레드는 화면을 다시 그려야하는 역할도 가지고 있으며, 업데이트 주기를 가지고 있다. (직접 드리는건 아니지만, 어떤 메커니즘에 의해 표시하는 역할을 수행)

==> 역할이 다양하기 때문에 , 너무 오래걸리는 작업을 시키면 안된다. (버벅거림 발생 가능)

 

===> 분산처리(비동기 처리 / 동시성프로그래밍)를 어떻게 해야하는지 개발자는 반드시 알아야 함!!

 

Ios는 개발자가 작업(Task)를 "대기행렬(queue)"에 보내기만 하면, 알아서 여러쓰레드로 나눠서 분산처리(동시적 처리)를 한다.

- iOS에서 알아서 쓰레드의 숫자(개수)를 관리한다.

 

==> 따라서 개발자는 작업을 큐로 보내기만 하면 된다.

 

 

 

iOS프로그래밍에서의 대기열
DispatchQueue ⭐️ (== GCD: Grand Central Dispatch Queue)			OperationQueue

 

 

GCD란?

• 직접적으로 쓰레드를 관리하는 개념이 아닌, 큐의 개념을 이용하여, 작업을 분산처리하고, OS에서 알아서 쓰레드 숫자(개수)를 관리
• 개발자가 쓰레드 객체를 직접 생성할 필요가 없이 쓰레드보다 높은 레벨/차원인 OS에서 작업을 처리
• 메인쓰레드가 아닌 다른쓰레드에서 오래 걸리는 작업들을 더욱 쉽게 비동기적으로 동작하게 함

GCD 사용시 주의해야할 사항

1. 반드시 메인 큐에서 처리해야하는 작업 
   • UI와 관련된 작업은 메인쓰레드에서 처리하지 않으면 에러가 발생 (메인쓰레드가 아닌 쓰레드는 그림을 다시 그리지 못함)
   • 비동기 적인 작업들 (ex. 네트워크 통신)들을 할 때도 UI 관련된 작업은 반드시 메인쓰레드에서 작동하게 해야함
2. 컴플리션 핸들러의 존재 이유 - 올바른 비동기 함수의 설계 (콜백함수)
   • 비동기적인 함수를 선언할떄는 return을 통해 데이터를 전달하면 항상 nil값 발생 -> 항상 클로저를 호출 할 수 있도록 함수를 설계해야함 
   • 리턴값을 전달하기 위해 컴플리션 핸들러(클로저)를 사용한다. (리턴형이 없으면 선언 불필요)
3. weak, strong 캡쳐의 주의
   • 캡쳐리스트 안에서 weak self로 선언하지 않으면 강한 참조 (strong)
     • 서로를 가리키는 경우 메모리 누수 가능 
     • 메모리 누수가 발생하지 않더라도 클로저의 수명주기가 길어지는 현상 발생 가능

 

대기열(Queue)의 종류 

• 메인큐 : DIspatchQueue.main
  • 메인쓰레드(1번 쓰레드)를 의미
  • 유일함
  • serial큐
• 글로벌큐 : DispatchQueue.global
  
  • 6가지의 서비스 품질(Qos)를 가지고 있는 글로벌(전역) 대기열
  • iOS가 알아서 우선적으로 중요한 일임을 인지하고 쓰레드에 우선순위를 매겨 더 많은 쓰레드를 배치하고 CPU의 배터리를 집중적으로 사용하여 일을 빨리 끝내도록 하는 개념\
  • Concurrent큐
  • DispatchQueue.global(qos: "...")

서비스품질 수준	사용 상황	소요시간
.userInteractive (가장 높은 수준)	유저와 직접적 인터렉티브 : UI업데이트 관련(직접x), 애니메이션, UI반응 관련 작업	거의 즉시
.userInitiated	유저가 즉시 필요하긴 하지만, 비동기적으로 처리된 작업	몇 초
.default (== DispatchQueue.global() )	일반적 작업
.utility	보통 Progress Indicator와 함께 길게 실행되는 작업, 계산	몇초 이상
.background	유저가 직접적으로 인지하지 않고(시간이 중요하지 않은)작업
.unspecified (가장 낮은 수준)	legacy API 지원 (쓰레드를 서비스품질에서 제외 시킴)

• 프라이빗큐 : DispatchQueue(label: "...")
  • 기본적인 설정은 serial (다만 concurrent 설정도 가능 - attributes로 설정)
  • 일반적으로 직렬큐를 만들기 위해 사용
  • Qos추론 / 설정 가능

 

비동기(Async)란?

• 일을 시작시키고 , 작업이 끝날 때까지 기다리지 않는 것 (즉시 리턴(non- blocking) : 다른 일처리를 시작할 수 있다)

== 다른 쓰레드에서 작업을 하도록 시키고, 그 작업이 끝나는 것을 기다리지 않고 다음 작업을 실행

 

동기(sync)란? 

• 일을 시작시키고, 작업이 끝날때 까지기다리는 것 (blocking이 생김 : 기다리는 동안 다른 일처리 불가)

== 다른 쓰레드에서 작업을 하도록 시키고, 그 작업이 끝나는 것을 기다렸다가 다음 작업을 실행

 

DispatchQueue.global().async {

    // 비동기적으로 실행할 작업을 클로저 안에 집어 넣는다. ( 클로저 하나는 작업 하나의 묶음 : 클로저 안에서는 순서대로 동작 )

}

 

DispatchQueue.global().sync {

    // 동기적으로 실행할 작업을 클로저 안에 집어 넣는다.

}

 

비동기/동기적인 함수 정의도 가능 ( 함수 실행을 기다리지 않고/기다리고 다음 코드로 넘어간다. )

func task4() {

    DispatchQueue.global().async {

        print("Task 4 시작")

        sleep(2)

        print("Task 4 완료★")

    }

}

 

직렬(Serial) 큐(처리)란?

• 보통 메인쓰레드에서 분산처리 시킨 작업을 다른 한개의 쓰레드에서 처리 
• 순서가 중요한 작업을 처리할 때 사용
• DispatchQueue(label: "serial")
• 비동기적으로 보내도 (.async) 순서대로 작업함

 

동시(Cocurrent) 큐(처리)란?

• 보통 메인쓰레드에서 분산처리 시킨 작업을 다른 여러개의 쓰레드에서 처리
• 각자 독립적이지만 중요도나 작업의 성격이 유사한 여러개의 작업을 처리할 때 사용
• DispatchQueue.global()은 동시큐
• 동기적으로 보내면 (.sync) 순서대로 작업함

( swift 5.5 이후 ) 비동기 함수 설계의 단점을 보완한 Async / await 패턴의 도입

• 비동기 함수를 설계할 때 리턴형 대신 클로저로 설계해야 함 : 위에 설명함 
  • 단점 : task가 진행되는 마지막 쯤에 클로저가 실행되는 방식 (컴플리션 블럭) 이기 때문에 실제로 비동기 함수가 이어져 있을 떄, 콜백 함수의 연결과 들여쓰기가 빈번하게 발생 할 수 있다 ( pyramid of doom : 죽음의 피라미드 )
• async / await
  • func 함수명 ( 파라미터 : 타입 ) async throws -> 리턴타입
  • 함수에서 async( 비동기 함수 )로 정의, 리턴 방식 사용 
  • async로 정의된 함수는 await키워드를 통해 리턴시점을 기다릴 수 있음 ( 코드 간결화 가능 )

동시성 프로그래밍의 문제점

• 경쟁 상황 / 경쟁 조건 (race condition) == 메모리 동시 접근 문제
  • Thread-safe하지 않음 - 멀티쓰레드 환경에서 , 같은 시점에 여러개의 쓰레드에서 하나의 메모리(데이터 + 힙 영역)에 동시접근 하는 문제
  • 해결 방법 : Thread- Safe 처리 - 메모리에 쓰고 있는 동안에는 여러쓰레드에서 접근하지 못하도록 잠금(Lock)
• 교착 상태 (DeadLock) 
  • 2개 이상의 쓰레드가 서로 베타적인 메모리의 사용으로 인해 (서로 Tread-safe처리를 하여 점유하려고 하면서) 메서드의 작업이 종료하지 못하고 멈춰버리는 상태
  • 멀티쓰레드 환경 ( Concurrency 프로그래밍 )에서 발생할 수 있는 문제

동시성 프로그래밍의 문제점 해결 ( Thread-Safe하지 않을 때, 처리하는 방법 )

• 동시큐 대신 직렬큐(Serial queue)로 보내기
  • 한번에 하나의 쓰레드만 처리 할 수 있게 됨 (메모리 동시 접근 문제 해결)