Swift) Concurrency, GCD

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Swift) Concurrency, GCD

kangwook 2022. 9. 20. 22:09

Thread Safety를 구현하는 방법

Thread Safety란 동시에 여러 스레드에서 인스턴스에 접근할 때 프로그램의 실행에 문제가 없다는 것을 뜻함

GCD

현재 iOS개발에서 주로 사용하는 동시성 프로그래밍 API는 GCD(Grand Central Dispatch)
GCD를 사용하면 async로 작업을 수행하고 보통 탈출 클로저를 이용한 completion handler를 통해 작업이 끝났을 경우에 대해 처리

Swift Concurrency

WWDC2021에서 새로 소개된 동시성 프로그래밍 API
async / await 키워드를 이용해 비동기 태스크 종료 후 코드를 작성할 수 있음
actor를 이용해서 작업에 대한 동시성 코드를 안전하게 공유할 수 있음(iOS 14 이상)

GCD vs. Swift Concurrency

GCD

func processImageData1(completionBlock: (_ result: Image) -> Void) {
    loadWebResource("dataprofile.txt") { dataResource in
        loadWebResource("imagedata.dat") { imageResource in
            decodeImage(dataResource, imageResource) { imageTemp in
                dewarpAndClenaupImage(imageTemp) { imageResult in
                    comletionBlock(imageResult)
                }
            }
        }
    }  
}

Swift Concurrency

func processImageData() async throws -> Image {
    let dataResource = try await loadWebResource("dataprofile.txt")
    let imageResource = try await loadWebResource("imagedata.dat")
    let imageTemp = try await decodeImage(dataResource, imageResource)
    let imageResult = try await dewarpAndCleanupImage(imageTemp)
    return imageResult
}

에러 핸들링 안정성

기존 GCD 방식에서는 completionHandler에 데이터와 에러 정보를 같이 보내주는 방법을 주로 사용

GCD

func downloadImageWithURL(url: URL, session: URLSession, completionHandler: @escaping (UIImage?, Error?) -> Void) {
    session.dataTask(with: url) { data, response, error in
        guard let imageData = data else {
            completionHandler(nil, DownloadManagerError.invalidData)
            return     
        }
 
        guard let urlResponse = response as? HTTPURLResponse,
              urlResponse.statusCode == 200 else {
            completionHandler(nil, DownloadManagerError.networkFail)
            return
        }
 
        let image = UIImage(data: imageData)
        completionHandler(image, nil)
    }.resume()
}

Swift Concurrency

Swift Concurrency를 작성하면 데이터는 return으로, error는 throw로 분리해서 전달할 수 있음

@available(iOS 15.0, *)
func downloadImageWithURLSwiftConcurrency(url: URL, session: URLSession) async throws -> UIImage {
    let (data, response) = try await session.data(from: url)
    guard let urlResponse = response as? HTTPURLResponse,
          urlResponse.statusCode == 200 else {
        throw DownloadManagerError.networkFail
    }
 
    guard let image = UIImage(data: data) else {
        throw DownloadManagerError.invalidData
    }
 
    return  image
}

동기화 처리

GCD에서 동기화를 안전하게 처리하는 방법은 DispatchQueue.sync를 통해 순서대로 접근하는 것을 보장하거나 mutex나 semaphore를 이용하는 방법이 있음
하지만 컴파일러가 동기화를 올바르게 처리했는지 확인해주지는 않기 때문에 버그가 발생할 수 있음
- 이러한 과정에서 발생한 버그는 개발자가 유의해서 코드를 작성하거나 테스팅 및 디버깅을 통해 확인해야 함
다음과 같은 코드가 있을 때, 데이터 레이스가 발생할 수 있음
- 데이터 레이스란 멀티 스레드가 같은 데이터를 이용하고 스레드에서 그것을 업데이트할 때 발생

GCD

for _ in 0..<numberOfImages {
    downloadManager.downloadImageWithURL(url: url, session: session) { image, error in
        self.finishedImages += 1    // 에러가 발생하는데 테스팅이나 디버깅을 통해 찾아내야 함
        guard let downloadedImage = image else  { return }
        let progress = Float(self.finishedImages) / Float(self.numberOfImages)
        self.updateUs(image: downloadedImage, progress: progress)
    }
}

Swift Concurrency

try await withThrowingTaskGroup(of: UIImage.self) { group in
    for _ in 0..<self.numberOfImages {
        group.async(priority: .background) {
            let image = try await self.downloadManager.downloadImageWithURLSwiftConcurrency(url: url, session: session)
            self.finishedImages += 1 // Cause compiler error;
            await self.updateUIs(image: image)
            return image
}

Mutex vs. Semaphore

Mutex

공유된 자원의 데이터 혹은 임계영역 등에 하나의 Process 혹은 Thread가 접근하는 것을 막아줌(동기화 대상이 하나)
자원을 소유할 수 있고 책임을 가짐
Lock을 소유하고 있는 스레드만이 이 Mutex를 해제할 수 있음

Semaphore

공유된 자원의 데이터 혹은 임계영역 등에 여러 Process 혹은 Thread가 접근하는 것을 막아줌(동기화 대상이 하나 이상)
Semaphore를 소유하지 않는 스레드가 Semaphore를 해제할 수 있음

NSLock

Mutex의 한 종류
NSLock은 timeout기능을 제공하는데, 데드락이 발생할 경우 아무일도 일어나지 않는 경우에 대해 해결할 수 있음

DispatchSemaphore

Semaphore의 한 종류
lock과 unlock이 서로 다른 스레드에서 일어날 때 사용

참조