swift에서 async await가 어떻게 구현되는가

프로세스와 스레드

1. process: 실행중인 프로그램
   1. 프로그램이 실행되어 CPU를 할당받고 메모리에 올라가게 되면(동적인 상태가 되면) 작업으로써의 단위 개념을 갖게 되는 것
2. thread: 프로세스 안에 포함되어 있는 실행 흐름의 단위.(= 실행 흐름의 최소)
   1. 작업(process)은 코드 덩어리의 연산을 통해 이루어지는데, 연산은 연속적인 특성 ⇒ 하나의 흐름을 만듦. 이것이 thread

하나의 process는 최소 한 개의 thread를 가진다.

💡 thread의 필요성

• process는 서로 분리된 작업 영역을 갖고 있기 때문에 자원 공유가 어려움
• thread는 메모리를 공유하며 동작할 수 있기 때문에 thread가 필요

“복잡한 process가 n개의 thread를 사용하여 작업을 하는 것”

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async와 await에서 thread 사용

1. 메인 스레드(Main Thread)
   1. UI 업데이트와 사용자 이벤트 처리를 담당
2. 백그라운드 스레드(Background Thread)
   1. 메인 스레드와 별도로 실행, 복잡한 작업이나 시간이 오래 걸리는 작업을 처리하는 데 사용
   2. 비동기 작업은 기본적으로 백그라운드 스레드에서 실행
3. DispatchQueue
   1. 스레드 관리를 위한 기능을 제공
   2. 작업을 특정 스레드에 할당하거나 특정 시간에 실행되도록 예약

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동기(sync)

• 해당 작업이 끝날 때까지 다른 작업들은 기다림

비동기(async)

• 해당 작업이 끝나든 말든 신경 쓰지 않고 나머지 작업을 바로 실행
• 작업 시간이 오래걸리는 것들은 비동기로 처리
  • ex) 이미지 다운로드, 네트워킹

“일을 비동기로 보내놓고 신경을 안쓰고 있는데.. 그럼 실제 해당 작업이 언제 끝나는지는 어떻게 알지?”

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Swift에서는 클로저를 통해 해당 시점을 알려줌. 이게 **completionHandler** 이다.

비동기 작업의 completionHandler 사용 문제점

func makeCrunchyCookie(completion: @escaping ((Cookie) -> Void)) {
    makeDough { dough in // ✅ (1)
        self.chillDough(dough: dough) { ripedDough in // ✅ (2)
            self.bakeCookie(dough: ripedDough, time: bakeTime) { cookie in // ✅ (3)
                self.drawFace(cookie: cookie) { crunchyCookie in // ✅ (4)
                    completion(crunchyCookie)
                }
            }
        }
    }
}

1. 중첩되는 코드 블럭으로 인한 가독성 저하
2. completion handler를 호출하지 않는 실수 가능성
3. self 에 접근
   1. **Retain cycle(순환 참조)**와 메모리 누수를 유발할 수 있음
   2. ⇒ 무분별한 [weak self]의 사용은 런타임 오버헤드를 발생
   3. ⇒ nil(값이 없음)을 체크해야 하는 수고를 거쳐야 함.

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async, await 문법의 도입

• async: 비동기 함수임을 나타낸다.
• await: async 키워드가 표시된 메소드나 함수의 리턴을 기다림

💡 즉, async 함수는 비동기적으로 동작할 수 있고,  await 키워드를 사용해 비동기 함수의 결과를 대기할 수 있음!

 

앞서 살펴본 예제를 async, await로 변경한 코드

func makeCrunchyCookie() async throws -> Cookie {
    let dough = try await makeDough() // ✅ (1)
    let ripedDough = try await chillDough(dough: dough) // ✅ (2)
    let cookie = try await bakeCookie(dough: ripedDough, time: bakeTime) // ✅ (3)
    let crunchyCookie = try await drawFace(cookie: cookie) // ✅ (4)

    return crunchyCookie
}

async, await 문법의 장점

1. completion handler가 사라지면서, 비동기 함수를 한 줄로 처리할 수 있어 훨씬 간결해보임
2. retain cycle이 발생할 우려도 사라짐
3. 개발자가 실수로 try await 키워드를 빼먹은 경우에는 컴파일러가 오류를 알려줘 조금 더 안정적인 에러 핸들링이 가능

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TCA와 Combine

• TCA: Swift 언어를 기반으로한 애플리케이션 아키텍처
• Combine: 함수형 반응형 프로그래밍 프레임워크
  • 비동기 프로그래밍을 위한 기능을 제공하며, TCA와 함께 사용

⇒ Combine은 강력한 비동기 프로그래밍 도구이지만, TCA는 단순한 동기적인 상태 관리 아키텍처

<aside> 💡 TCA에서 Combine 의존성을 떼어내는 이유

1. 유연성과 독립성
   1. Combine을 완전히 의존하면 비동기 처리를 위해 앱 전체에 Combine을 도입 → 앱의 규모나 복잡성에따라 어려움
2. 쉬운 테스트
   1. Combine을 완전히 의존하면 테스트할 때 Combine의 비동기 동작을 처리 → 코드의 작성, 실행 복잡
3. 유지 보수성
   1. Combine은 계속해서 업데이트되는 프레임워크로, 버전 간의 호환성 문제가 발생 </aside>

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async

• 함수 이름 뒤에 async 가 붙으면 이 함수는 비동기
• async코드는 동시(concurrent) 컨텍스트 에서만 실행 가능.
• 즉, 다른 async 함수 내 에서, 또는 **Task {}**를 통해 수동으로 concurrent context를 제공할 때 그 안에서 가능함.

await

• async 함수를 호출하기 위해서는 await 키워드가 필요
• 예시에서 호출하고 있는 URLSession 함수도 async 임을 알 수 있음.

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suspend

“await 를 만나면 그곳에서 suspend 될 수 있다”

⇒ 일시 중단 (suspend) 은 해당 스레드가 다른 동작을 수행할 수 있게 제어권을 놓아주겠다는 의미

sync에서의 thread 제어권

1. 동기 함수(sync) 일때

A 함수에서 B 라는 동기 함수(sync)를 호출하면, A 함수가 실행되던 스레드의 컨트롤을 B 함수에게 전달

→ B 함수가 끝날때까지 해당 스레드는 완전히 점유되어서 다른 일 수행 X

→ B 함수가 끝나면 다시 A 함수에게 스레드에 대한 컨트롤 돌려줌.

 

2. 비동기 함수(async) 일때

B 함수는 async 함수이기 때문에 중간에 suspend 될 수 있음. (그러면 원래 A 함수도 suspend 됨)

→ 스레드에 대한 제어권은 system에게 가고, 시스템은 스레드를 사용하여 다른 작업을 수행할 수 있게 됨.

• 그렇게 시스템이 열심히 우선 순위 등을 판단해가면서 여러 작업들을 실행하다가,
• 어느 시점에 이르면 일시 중단된 비동기 함수를 계속 실행하는 작업이 가장 중요하다고 판단하는 순간이 옴.
• 그때 해당 함수를 재개(resume) 하고, 비동기 함수는 할당 받은 스레드를 제어하고 작업을 계속함

정리

1. await로 async 함수를 호출하는 순간, 즉 Suspension point를 만나는 순간 해당 스레드 제어권 포기
2. 따라서 async 작업 및 같은 블록에 있는 아래 코드들을 스레드 잡아서 바로 실행 못함
3. 스레드 제어권을 시스템에게 넘기면서, 시스템에게 원래 async 작업도 하라고 함
4. 시스템은 “다른게 더 중요해보이는데?” 하고 해당 스레드에서 다른 작업 먼저 실행할 수 있음
5. 그러다가 시스템이 원래 async 함수가 중요해지는 순간이 왔다고 판단하면 “이제 resume 해” 라고 하고, 그 스레드에게 특정한 스레드 제어권을 주어서 마저 실행 됨 (이때 resume 되는 스레드는 다른 스레드일 수 있음)

참고

https://www.notion.so/sbmo/swift-async-await-e4ffa7403a3542fcbbae93b869989f9f?pvs=4#92c5afd374f94498bce13e102c0b8490