[Swift] 동시성 (Concurrency)

[ 이 게시물은 Swift.org를 참고하며 Swift를 공부하기 위해 작성하는 글 입니다. ]

 

Swift 는 구조화 된 방식으로 비동기 (asynchronous) 와 병렬 (parallel) 코드 작성을 지원합니다. 비동기 코드 (Aynschronous code) 는 일시적으로 중단했다가 다시 실행할 수 있지만 한번에 프로그램의 한 부분만 실행합니다. 프로그램에서 코드를 일시 중단하고 다시 실행하면 UI 업데이트와 같은 짧은 작업을 계속 진행하면서 네트워크를 통해 데이터를 가져오거나 파일을 분석하는 것과 같은 긴 실행작업을 계속할 수 있습니다.

 

병렬 코드 (Parallel code) 는 동시에 코드의 여러부분이 실행됨을 의미합니다. 예를 들어 4코어 프로세서의 컴퓨터는 각 코어가 하나의 작업을 수행하므로 코도의 4부분을 동시에 실행할 수 있습니다. 병렬과 비동기 코드를 사용하는 프로그램은 한 번에 여러 작업을 수행하고, 이 코드를 메모리 안전 방식으로 더 쉽게 작성할 수 있도록 합니다.

 

Swift 언어 지원을 사용하지 않고 동시성 코드를 작성할 수 있지만 해당 코드는 읽기가 더 어려운 경우가 많습니다. 예를 들어, 아래 코드는 사진을 리스트화 하고 해당 리스트의 첫번째 사진을 다운로드하고 해당 사진을 사용자에게 보여줍니다.

listPhotos(inGallery: "Summer Vacation") { photoNames in
    let sortedNames = photoNames.sorted()
    let name = sortedNames[0]
    downloadPhoto(named: name) { photo in
        show(photo)
    }
}

 

이러한 간단한 경우에도 완료 핸들러가 연속해서 작성되어야 하므로, 중첩 클로저를 작성하게 됩니다. 이 스타일에서 더 많이 중첩된 복잡한 코드는 다루기가 어려울 수 있습니다.

비동기 함수 정의와 호출 (Defining and Calling Asynchronous Functions)

비동기 함수 (asynchronous function) 또는 비동기 메소드 (asynchronous method) 는 실행 도중에 일시적으로 중단될 수 있는 특수한 함수 또는 메소드 입니다. 이는 완료될 때까지 실행되거나 오류가 발생하거나 반환되지 않는 일반적인 동기 함수 또는 메소드 (asynchronous functions and methods) 와 대조됩니다. 비동기 함수 또는 메소드는 이 세가지 중 하나를 수행하지만 무언가를 기다리고 있을 때 중간에 일시 중지될 수도 있습니다. 비동기 함수 또는 메소드의 본문 내에서 실행을 일시 중지 할 수 있는 부분을 표시합니다.

 

함수 또는 메소드가 비동기 임을 나타내려면 던지는 함수 (throwing function) 를 나타내기 위해 throws를 사용하는 것과 유사하게 파라미터 뒤의 선언에 async 키워드를 작성합니다. 함수 또는 메소드가 값을 반환한다면 반환 화살표 (->) 전에 async 를 작성합니다. 예를 들어, 갤러리에 사진의 이름을 가져오는 방법은 아래와 같습니다.

func listPhotos(inGallery name: String) async -> [String] {
    let result = // ... some asynchronous networking code ...
    return result
}

 

async 와 throws 둘 다인 함수 또는 메소드는 throws 전에 async 를 작성합니다.

 

비동기 메소드를 호출할 때, 해당 메소드가 반환될 때까지 실행이 일시 중단됩니다. 중단될 가능성이 있는 지점을 표시하기 위해 호출 앞에 await을 작성합니다. 이는 에러가 있는 경우 프로그램의 흐름을 변경 가능함을 나타내기 위해 던지는 함수를 호출할 때 try 를 작성하는 것과 같습니다. 비동기 메소드 내에서 실행 흐름은 다른 비동기 메소드를 호출할 때만 일시 중단됩니다. 이는 가능한 모든 중단 지점이 await으로 표시된다는 의미입니다. 코드에서 중단 간으한 모든 지점을 표시하면 동시성 코드를 더 읽고 이해하기 쉽게 만들어 줍니다.

 

예를 들어, 아래 코드는 갤러리에 모든 사진의 이름을 가져온 다음에 첫번째 사진을 보여줍니다.

let photoNames = await listPhotos(inGallery: "Summer Vacation")
let sortedNames = photoNames.sorted()
let name = sortedNames[0]
let photo = await downloadPhoto(named: name)
show(photo)

 

listphotos(inGallery:) 와 downloadPhoto(named:) 함수 모두 네트워크 요청을 필요로 하기 때문에 완료하는데 비교적 오랜시간이 걸릴 수 있습니다. 반환 화살표 전에 async 를 작성하여 둘 다 비동기로 만들면 이 코드는 그림이 준비될 때까지 기다리는 동안 앱의 나머지 코드가 계속 실행될 수 있습니다.

 

위 예제의 동시성을 이해하기 위한 실행 순서는 아래와 같습니다.

 

1. 코드는 첫번째 줄에서 실행을 시작하고 첫번째 await 까지 실행됩니다. listPhotos(inGallery:) 함수를 호출하고 해당 함수가 반환될 때까지 실행을 일시 중단합니다.

 

2. 이 코드의 실행이 일시 중단되는 동안 같은 프로그램의 다른 동시 코드가 실행됩니다. 예를 들어 오랜시간 실행되는 백그라운드 작업이 새 사진의 리스트를 업데이트할 수 있습니다. 이 코드는 await 로 표시된 다음 중단 지점 또는 완료될 때까지 실행됩니다.

 

3. listPhotos(inGallery:) 가 반환된 후에 이 코드는 해당 지점에서 시작하여 계속 실행됩니다. 반환된 값을 photoNames 에 할당됩니다.

 

4. sortedNames 와 name 을 정의하는 라인은 일반적인 동기 코드입니다. 이 라인은 await 이 표시되지 않았으므로 중단 지점이 없습니다.

 

5. 다음 await 은 downloadPhoto(named:) 함수에 대한 호출입니다. 이 코드는 해당 함수가 반환될 때까지 실행을 다시 일시 중단하여 다른 코드에 실행할 기회를 제공합니다.

 

6. downloadPhoto(named:) 가 반환된 후에 반환값은 photo 에 할당된 다음에 show(_:)를 호출할 때 인수로 전달됩니다.

 

await으로 표시된 코드의 중단 가능한 지점은 비동기 함수 또는 메소드가 반환되기 기다리는 동안 현재 코드 부분의 실행을 일시적으로 중단될 수 있음을 나타냅니다. Swift가 현재 스레드에서 코드의 실행을 일시 중단하고 대신 해당 쓰레드에서 다른 코드를 실행하기 때문에 이것을 쓰레드 양보 (yielding the thread) 라고도 부릅니다. await가 있는 코드는 실행을 일시 중단할 수 있어야 하므로 프로그램의 특정 위치에서만 비동기 함수 또는 메소드를 호출할 수 있습니다.

 

• 비동기 함수, 메소드 또는 프로퍼티의 본문에 있는 코드
• @main 으로 표시된 구조체, 클래스, 또는 열거형의 정적 (static) main() 메소드에 있는 코드
• 아래의 구조화되지 않은 동시성 (Unstructured Concurrnecy)에 보이는 것처럼 구조화되지 않은 하위 작업의 코드

Task.yield() 메소드를 호출해서 명시적으로 중단 지점을 추가할 수 있습니다.

func generateSlideshow(forGallery gallery: String) async {
    let photos = await listPhotos(inGallery: gallery)
    for photo in photos {
        // ... render a few seconds of video for this photo ...
        await Task.yield()
    }
}

 

영상 렌더링을 동기화하는 코드가 있다고 가정해보면, 이것은 어떠한 중단 지점을 포함하지 않습니다. 영상 렌더링 작업은 오랜 시간이 걸립니다. 그러나, Task.yield()를 주기적으로 호출하여 명시적으로 중단 지점을 추가할 수 있습니다. 이러한 방법으로 코드를 구성하면 Swift는 이 작업과 다른 작업의 진행을 균형적으로 맞출 수 있습니다.

 

Task.sleep(for:tolerance:clock:) 메소드는 동시성 동작이 어떻게 동작하는지 알기 위한 간단한 코드를 작성할 때 유용합니다. 이 메소드는 주어진 시간만큼 현재 작업을 중단합니다. 다음은 네트워크 동작을 지연시키기 위해 sleep(for: tolerance:clock:) 을 사용하는 listPhotos(inGallery:) 함수 입니다.

func listPhotos(inGallery name: String) async throws -> [String] {
    try await Task.sleep(for: .seconds(2))
    return ["IMG001", "IMG99", "IMG0404"]
}

 

위 코드에서 listPhotos(inGallery:) 은 Task:sleep(until:tolerance:clock:) 호출이 에러를 발생할 수 있으므로 async와 throws를 모두 작성했습니다. 이 listPhotos(inGallery:)를 호출하려면, try 와 await을 모두 작성해야 합니다.

let photos = try await listPhotos(inGallery: "A Rainy Weekend")

 

async 함수는 throws 함수와 유사한 점이 있습니다. async 또는 throws 함수를 정의할 때, async 또는 throws 를 표시하고, 이 함수를 호출할 때 await 또는 try 를 작성합니다. async 함수는 throws 함수가 다른 throws 함수를 호출할 수 있듯이 다른 async 함수를 호출할 수 있습니다.

 

그러나, 매우 중요한 다른 점이 있습니다. 에러를 처리하기 위해 do-catch 블럭에 코드를 래핑하거나, 에러를 다른 곳에서 처리하기 위해 에러를 저장하는 Result 를 사용할 수 있습니다. 이러한 접근방식은 throws를 호출하지 않는 코드에서 throws 함수를 호출할 수 있습니다. 예를 들어 아래와 같이 호출할 수 있습니다.

func availableRainyWeekendPhotos() -> Result<[String], Error> {
    return Result {
        try listDownloadedPhotos(inGallery: "A Rainy Weekend")
    }
}

 

반면에, 동기 코드를 호출하고 결과를 기다리기 위해 비동기 코드를 래핑하는 방법은 없습니다. 이를 구현하려고 하면 미묘한 경합, 쓰레드 이슈, 데드락과 같은 문제가 발생할 수 있습니다. 기존 프로젝트에 비동기 코드를 추가할 때, 위에서 아래로 작업해야 합니다. 특히, async를 사용할 코드의 최상위 레이어부터 변환한 다음에, 호출하는 함수와 메소드를 변환하여, 한번에 하나의 레이어씩 작업합니다. 동기 코드는 비동기 코드를 호출할 수 있는 방법이 없으므로, 상향식 (bottom-up) 접근 방식을 사용할 수 없습니다.

 

비동기 시퀀스 (Asynchronous Sequences)

이전 섹션에서 listPhotos (inGallery:) 함수는 비동기적으로 배열의 모든 요소가 준비된 후에 전체 배열을 한번에 반환합니다. 또 다른 접근 방식은 비동기 시퀀스 (asynchronous sequence) 를 사용하여 한번에 콜렉션의 한 요소를 기다리는 것입니다. 비동기 시퀀스에 대한 조회 동작은 아래와 같습니다.

import Foundation


let handle = FileHandle.standardInput
for try await line in handle.bytes.lines {
    print(line)
}

 

일반적인 for-in 루프 대신에 위의 예제는 for 다음에 await을 작성했습니다. 비동기 함수 또는 메소드를 호출할 때와 마찬가지로 await의 작성은 가능한 중단 지점을 나타냅니다. for-await-in 루프는 다음 요소를 사용할 수 있을 때까지 기다리고 각 반복이 시작될 때 잠재적으로 실행을 일시 중단합니다.

 

비동기 함수 병렬로 호출 (Calling Asynchronous Functions in Parallel)

await 을 사용하여 비동기 함수를 호출하면 한번에 한 코드만 실행됩니다. 비동기 코드가 실행되는 동안 호출자는 코드의 다음 라인을 실행하기 위해 이동하기 전에 해당 코드가 완료될 때 까지 기다립니다. 예를 들어, 갤러리에서 처음 세 장의 사진을 가져오려면 아래와 같이 downloadPhoto (named:) 함수에 대한 세 번의 호출을 기다릴 수 있습니다.

let firstPhoto = await downloadPhoto(named: photoNames[0])
let secondPhoto = await downloadPhoto(named: photoNames[1])
let thirdPhoto = await downloadPhoto(named: photoNames[2])


let photos = [firstPhoto, secondPhoto, thirdPhoto]
show(photos)

 

이 방식에는 중요한 단점이 있습니다. 다운로드가 비동기이고 진행되는 동안에는 다른 작업을 수행할 수 있지만 download Photo (named:) 에 대한 호출은 한 번에 하나만 실행됩니다. 각 사진은 다음 사진이 다운로드를 시작하기 전에 완료됩니다. 하지만, 이러한 작업들은 다른 작업의 완료를 기다릴 필요가 없고, 각 사진은 동시에 다운로드 할 수 있습니다.

 

비동기 함수를 호출하고 코드를 병렬로 실행하려면 상수를 정의할 때 let 앞에 async 를 작성하고 상수를 사용할 때마다 await을 작성하면 됩니다.

async let firstPhoto = downloadPhoto(named: photoNames[0])
async let secondPhoto = downloadPhoto(named: photoNames[1])
async let thirdPhoto = downloadPhoto(named: photoNames[2])


let photos = await [firstPhoto, secondPhoto, thirdPhoto]
show(photos)

 

이 예제에서 downloadPhoto (named:) 을 호출하는 세가지는 모두 이전 호출이 완료되길 기다리지 않고 시작됩니다. 사용할 수 있는 시스템 자원이 충분하다면 동시에 실행할 수 있습니다. 코드가 함수의 결과를 기다리기 위해 일시 중단되지 않기 때문에 이러한 함수 호출 중 어느 것도 await 으로 표시하지 않습니다. 대신 photos 가 정의된 라인까지 중단되지 않고 실행이 계속 됩니다. let photos를 선언한 시점에서는 이러한 비동기 호출의 결과를 필요로 하므로 세 장의 사진이 모두 다운로드 될 때까지 실행을 일시 중단하기 위해 await 을 작성합니다.

 

아래는 이 두 접근 방식의 차이점에 대해 생각할 수 있는 방법입니다.

• 다음 줄의 코드가 해당 함수의 결과에 따라 달라지면 await 를 사용하여 비동기 함수를 호출합니다. 이것은 순차적으로 실행되는 작업을 생성합니다.
• 나중에 코드에서 결과가 필요하지 않을 때 async-let 을 사용하여 비동기 함수를 호출합니다. 이렇게 하면 병렬로 수행할 수 있는 작업이 생성됩니다.
• await 와 async-let 은 모두 일시 중단되는 동안 다른 코드를 실행할 수 있도록 합니다.
• 두 경우 모두 비동기 함수가 반환될 때까지 필요한 경우 실행이 일시 중단됨을 나타내기 위해 가능한 일시 중단 지점을 await 로 표시합니다.

동일한 코드에서 이 두 가지 접근 방식을 혼합할 수도 있습니다.

 

작업과 작업 그룹 (Tasks and Task Groups)

작업 (task) 은 프로그램의 일부로 비동기적으로 실행할 수 있는 작업 단위입니다. 모든 비동기 코드는 어떠한 작업의 일부로 실행됩니다. 작업은 한번에 하나의 작업만 수행하지만, 여러 작업을 생성하면, Swift 는 동시에 수행하기 위해 작업을 스케줄링 할 수 있습니다.

 

이전에 설명한 async-let 구문은 암시적으로 하위 작업을 생성합니다. 이 구문은 프로그램에서 무슨 작업을 수행해야 될지 이미 알고 있는 상태에서 잘 동작합니다.

 

작업 그룹 (task group)(TaskGroup 의 인스턴스) 을 생성하고 우선순위와 취소를 더 잘 제어할 수 있으며 동적으로 작업의 수를 생성할 수 있도록 해당 그룹에 하위 작업을 명시적으로 추가할 수도 있습니다.

 

작업은 계층 구조로 정렬됩니다. 주어진 작업 그룹의 각 작업에는 동일한 상위 작업이 있으며 각 작업에는 하위 작업이 있을수도 있습니다. 작업과 작업 그룹 간의 명시적 관계 때문에 이 접근 방식을 구조적 동시성 (structured concurrency) 이라고 합니다. 명시적 부모 (parent)-자식 (child) 관계는 작업간의 여러 이점이 있습니다.

• 부모 작업에서, 하위 작업이 완료될 때까지 기다릴 수 있습니다.
• 하위 작업에서 더 높은 우선순위로 설정되면, 상위 작업의 우선순위는 자동으로 높아집니다.
• 상위 작업이 취소되면, 각 하위 작업들은 자동으로 취소됩니다.
• 작업-로컬 값 (Task-local value) 는 하위 작업에 자동으로 전파됩니다.

아래는 여러 사진을 다운로드하는 코드입니다.

await withTaskGroup(of: Data.self) { group in
    let photoNames = await listPhotos(inGallery: "Summer Vacation")
    for name in photoNames {
        group.addTask {
            return await downloadPhoto(named: name)
        }
    }


    for await photo in group {
        show(photo)
    }
}

 

위 코드는 새로운 작업 그룹을 생성하고, 갤러리에 사진을 다운로드하는 하위 작업을 생성합니다. 갤러리에 사진을 다운로드하는 하위 작업을 생성합니다. Swift는 조건이 되는 만큼 비동기적으로 여러 작업을 수행할 수 있습니다. 하위 작업에서 사진 다운로드가 끝나자마자 해당 사진은 보여집니다. 하위 작업 완료에 대한 순서를 보장하지 않으므로, 갤러리의 사진은 무작위로 보여질 수 있습니다.

 

위 코드에서 각 사진은 다운로드되고 보여지므로, 작업 그룹은 결과를 반환하지 않습니다. 결과를 반환하는 작업 그룹의 경우, withTaskGroup(of:returning:body:)에 전달하는 클로저에 결과를 누적하는 코드를 추가합니다.

let photos = await withTaskGroup(of: Data.self) { group in
    let photoNames = await listPhotos(inGallery: "Summer Vacation")
    for name in photoNames {
        group.addTask {
            return await downloadPhoto(named: name)
        }
    }


    var results: [Data] = []
    for await photo in group {
        results.append(photo)
    }


    return results
}

 

이전 예제와 같이, 이 예제는 각 사진을 다운로드하는 하위 작업을 생성합니다. 이전 예제와 다르게, for-await-in 루프는 다음 하위 작업이 완료될 때까지 기다리고, 해당 작업의 결과를 결과 배열에 추가한 다음에, 모든 하위 작업이 완료될 때까지 기다립니다. 마지막으로, 작업 그룹은 다운로드한 사진의 배열을 전체 결과로 반환합니다.

작업 취소 (Task Cancellation)

Swift 동시성은 협동 취소 모델 (cooperative cancellation model) 을 상용합니다. 각 작업은 실행 중에 적절할 때 취소 여부를 확인하고, 적절하게 취소에 응답합니다. 작업의 종류에 따라 취소에 대한 응답은 다음 중 하나에 해당합니다.

• CancellationError 와 같은 에러 발생
• nil 또는 빈 콜렉션 반환
• 부분적으로 완료된 작업 반환

사진이 크거나 네트워크가 느려서 사진을 다운로드하는데 오랜 시간이 걸릴 수 있습니다. 모든 작업이 완료되기를 기다리지 않고 작업을 멈추려면, 작업이 취소되었는지 확인하고 취소된 경우에 실행을 중지합니다. 작업이 취소되었는지 확인하는 방법은 두 가지가 있습니다. Task.checkCancellation() 타입 메소드를 호출하거나, Task.isCancelled 타입 프로퍼티를 읽어서 확인할 수 있습니다. checkCancellation() 을 호출하는 것은 작업이 취소되었으면 에러를 발생시킵니다. 던지는 작업은 작업 외부로 에러를 전파하여 모든 작업을 중지시킬 수 있습니다. 이는 구현과 이해가 간단하다는 이점이 있습니다. 더 유연한 방법으로는, 네트워크 연결을 닫고 임시 파일을 지우는 것과 같은 작업 중지의 부분으로 정리 작업을 수행할 수 있는 isCancelled 프로퍼티를 사용합니다.

let photos = await withTaskGroup(of: Optional<Data>.self) { group in
    let photoNames = await listPhotos(inGallery: "Summer Vacation")
    for name in photoNames {
        let added = group.addTaskUnlessCancelled {
            guard !Task.isCancelled else { return nil }
            return await downloadPhoto(named: name)
        }
        guard added else { break }
    }


    var results: [Data] = []
    for await photo in group {
        if let photo { results.append(photo) }
    }
    return results
}

 

위 코드는 이전 버전과 몇 가지 다른 점이 있습니다.

• 취소 후에 새로운 작업이 시작되는 것을 피하기 위해 각 작업은 TaskGroup.addTaskUnlessCancelled(priority:operation:) 메소드를 사용해서 추가합니다.
• addTaskUnlessCancelled(priority:operation:) 을 호출할 때마다, 코드는 하위 작업이 새로 추가되었음을 확인합니다. 그룹이 취소되면 added 의 값은 false 이고, 코드는 추가적인 사진 다운로드를 중지합니다
• 각 작업은 사진을 다운로드 하기 전에 취소 여부를 검사합니다. 작업이 취소 되었으면, nil 을 반환합니다.
• 결국, 작업 그룹은 결과를 수집할 때 nil 값이면 건너뜁니다. nil을 반환해서 취소를 처리한다는 것은 작업 그룹에서 부분적인 결과를 반활할 수 있다는 의미입니다. 

즉시 취소에 대한 알림이 필요한 경우에 Task.withTaskCacnellationHandler(operation:onCancel:) 메소드를 사용하면 됩니다.

예를 들면,

let task = await Task.withTaskCancellationHandler {
    // ...
} onCancel: {
    print("Canceled!")
}


// ... some time later...
task.cancel()  // Prints "Canceled!"

 

작업은 완료될 때까지 수행하거나 취소를 확인하고 조기 중지합니다. 취소 처리가 시작될 때 작업은 여전히 수행 중이므로, 경쟁 조건이 생성될 수 있는 작업과 취소 처리간의 상태 공유를 피해야 합니다.

 

구조화되지 않은 동시성 (Unstrcutured Concurrency)

이전에 설명한 동시성에 대한 구조화된 접근 방식 외에도 Swift는 구조화되지 않은 동시성 (unstructured concurrency) 을 지원합니다. 작업 그룹의 일부인 작업과 달리 구조화되지 않은 작업 (unstructured task) 에는 상위 작업이 없습니다. 프로그램이 필요로 하는 방식으로 구조화되지 않은 작업을 관리할 수 있는 유연성이 있지만 정확성에 대한 책임도 있습니다. 현재 액터(actor) 에서 실행되는 구조화되지 않은 작업을 생성하려면 Task.init(priority:operation:) 초기화 구문을 호출해야 합니다. 더 구체적으로 분리된 작업으로 알려진 현재 액터의 일부가 아닌 구조화되지 않은 작업을 생성하려면 Task.detached(priority:operation:) 클래스 메소드를 호출하면 됩니다. 이 모든 ㅈ동작은 서로 상호작용 할 수 있는 작업(task)을 반환합니다. 예를 들면, 결과를 기다리거나 취소하는 경우에 해당됩니다.

let newPhoto = // ... some photo data ...
let handle = Task {
    return await add(newPhoto, toGalleryNamed: "Spring Adventures")
}
let result = await handle.value

액터 (Actors)

프로그램을 동시성 조각으로 분리하기위해 작업 (task) 을 사용할 수 있습니다. 작업은 서로 분리되어 있어 같은 시간에 안전하게 실행될 수 있지만 작업 간에 일부 정보를 공유해야 할 수도 있습니다. 액터 (Actors) 는 동시성 코드간에 정보를 안전하게 공유할 수 있게 해줍니다.

 

클래스와 마찬가지로 액터 (actors) 는 참조 타입이므로 클래스는 참조 타입 (Classes Are Refrence Types) 에서 값 타입과 참조 타입의 비교는 클래스 뿐만 아니라 액터에도 적용됩니다. 클래스와 다르게 액터는 한 번에 하나의 작업만 변경 가능한 상태에 접근할 수 있도록 허용하므로 여러 작업의 코드가 액터의 동일한 인스턴스와 상호작용 하는 것은 안전합니다. 예를 들어 아래는 온도를 기록하는 액터 입니다.

 

actor TemperatureLogger {
    let label: String
    var measurements: [Int]
    private(set) var max: Int


    init(label: String, measurement: Int) {
        self.label = label
        self.measurements = [measurement]
        self.max = measurement
    }
}

 

actor 키워드를 사용하여 액터를 도입하고 중괄호로 정의합니다. TemperatureLogger 액터는 액터 외부의 다른 코드가 접근할 수 있는 프로퍼티가 있으며, 액터 내부의 코드만 최대값을 업데이트 할 수 있게 max 프로퍼티를 제한합니다.

 

구조체와 클래스와 같은 초기화 구문으로 액터와 인스턴스를 생성합니다. 액터의 프로퍼티 또는 메소드에 접근할 때 일시 중단 지점을 나타내기 위해 await을 사용합니다. 예를 들면 아래와 같습니다.

let logger = TemperatureLogger(label: "Outdoors", measurement: 25)
print(await logger.max)
// Prints "25"

 

이 예제에서 logger.max 에 접근하는 것은 일시 중단 지점으로 가능합니다. 액터는 한 번에 하나의 작업만 변경 가능한 상태에 접근할 수 있도록 허용하므로 다른 작업의 코드가 이미 로거와 상호 작용하고 있는 경우 이 코드는 프로퍼티 접근을 기다리는 동안 일시 중단됩니다.

 

대조적으로 액터의 부분 코드는 행위자의 프로퍼티에 접근할 때 await 을 작성하지 않습니다. 예를 들어 새로운 온도로 TemperatureLogger 를 업데이트 하는 메소드입니다.

 

extension TemperatureLogger {
    func update(with measurement: Int) {
        measurements.append(measurement)
        if measurement > max {
            max = measurement
        }
    }
}

 

update(with:) 메소드는 액터에서 이미 실행 중이므로 max와 같은 프로퍼티에 대한 접근을 await 으로 표시하지 않습니다. 이 메소드는 액터가 변경 가능한 상태와 상호 작용하기 위해 한 번에 하나의 작업만 허용하는 이유 중 하나를 보여줍니다. 액터의 상태에 대한 일부 업데이트는 일시적으로 불변성을 깨뜨리빈다. TemperatureLogger 액터는 온도 리스트와 최대 온도를 추적하고 새로운 측정값을 기록할 때 최대 온도를 업데이트 합니다. 업데이트 도중에 새로운 측정값을 추가한 후 max 를 업데이트 하기 전에 온도 Logger는 일시적으로 일치하지 않는 상태가 됩니다. 여러 작업이 동일한 인스턴스에 상호 작용하는 것을 방지하면 다음 이벤트 시퀀스와 같은 문제를 방지할 수 있습니다.

 

1. 코드는 update (with:) 메소드를 호출합니다. 먼저 measurements 배열을 업데이트 합니다.

2. 코드에서 max를 업데이트 하기 전에 다른 코드에서 최대값과 온도 배열을 읽습니다.

3. 코드는 max 를 변경하여 업데이트를 완료합니다.

 

이러한 경우 다른 곳에서 실행 중인 코드는 데이터가 일시적으로 유효하지 않은 동안 update(with:) 호출 중간에 액터에 대한 접근이 인터리브 (interleaved) 되어 잘못된 정보를 읽습니다. Swift 액터는 한 번에 해당 상태에 대해 하나의 작업만 허용하고 해당 코드는 awiat가 일시 주단 지점으로 표시되는 위치에서만 중단될 수 있기 때문에 Swift 행위자를 사용하여 이 문제를 방지할 수 있습니다.

update(:with) 는 일시 중단 지점을 포함하지 않으므로 다른 코드는 업데이트 중간에 데이터에 접근할 수 없습니다.

 

액터 외부의 코드에서 구조체 또는 클래스의 프로퍼티에 접근하는 것과 같이 프로퍼티에 직접적으로 접근하면 컴파일 때 에러가 발생합니다. 예를 들어:

print(logger.max)  // Error

 

await 작성 없이 logger.max 에 접근하는 것은 액터의 프로퍼티가 해당 액터의 분리된 로컬 상태의 부분이기 때문에 실패합니다. 이 프로퍼티에 접근하는 코드는 비동기 작업인 액터의 일부분으로 수행되어야 하고, await 을 작성해야 합니다. Swift는 액터에서 수행하는 코드만 액터의 로컬 상태에 접근할 수 있도록 보장합니다. 이 보장을 액터 분리 (actor isolation) 이라고 합니다.

• 중단 가능 지점 사이의 코드는 다른 비동기 코드의 중단없이 순차적으로 수행됩니다.
• 액터의 로컬 상태와 상호작용하는 코드는 해당 액터에서만 수행됩니다.
• 액터는 한번에 하나의 코드만 수행합니다.

이러한 보장 때문에, await 을 포함하고 액터 내부에 있는 코드는 프로그램의 다른 위치에서 일시적으로 유효하지 않은 상태를 관찰하지 않고 업데이트를 수행할 수 있습니다. 예를 들어, 아래의 코드는 측정된 온도를 화씨에서 섭씨로 변환합니다.

extension TemperatureLogger {
    func convertFahrenheitToCelsius() {
        measurements = measurements.map { measurement in
            (measurement - 32) * 5 / 9
        }
    }
}

 

위 코드는 측정된 온도를 한번에 하나씩 변환합니다. map 작업이 진행되는 동안, 일부 온도는 화씨로 다른 온도는 섭씨로 표시됩니다. 그러나, 이 코드는 await 을 포함하지 않으므로, 메소드에서 중단 지점이 없습니다. 이 메소드가 수정하는 상태는 액터에 속하며, 해당 코드가 액터에서 수행될 때를 제외하고는 코드를 읽거나 수정하지 못하도록 합니다. 이것은 온도 변환이 진행되는 동안 다른 코드가 부분적으로 변환된 온도를 읽을 수 없다는 것을 의미합니다.

 

잠재적 중단 지점을 생략해서 임시적으로 유효하지 않은 상태를 보호하는 액터에 코드를 작성하는 것 외에도 해당 코드를 동기 메소드를 이동할 수 있습니다. 위에 convertFarenheitToCelsius() 메소드는 동기 메소드이므로, 절대 잠재적 중단 지점이 포함되지 않음을 보장합니다. 이 함수는 데이터 모델을 일시적으로 불일치하게 만드는 코드를 캡슐화하고, 작업이 완료되어 데이터 일관성을 복원하기 전까지 다른 코드를 수행할 수 없음을 읽기 쉽게 만들어 줍니다. 앞으로, 이 함수에 비동기 코드를 추가하여, 일시 중단 지점을 도입하면 버그가 발생하는 대신에 컴파일 에러가 발생합니다.

 

전송 가능 타입 (Sendable Types)

작업 (Tasks)와 액터 (actors)는 프로그램을 동시에 안전하게 실행할 수 있는 조각으로 나눌 수 있습니다. 작업 또는 액터의 인스턴스 내에서 변수와 프로퍼티와 같은 변경 가능한 상태를 포함하는 프로그램의 일부분을 동시에 도메인 (concurrency domain) 이라고 부릅니다. 어떤 데이터는 데이터가 변경 가능한 상태를 포함하지만 동시 접근에 대해 보호되지 않으므로 동시성 도메인 간에 공유될 수 없습니다.

 

한 동시성 도메인에서 다른 동시성 도메인으로 공유될 수 있는 타입을 전송 가능 타입 (sendable type) 이라고 합니다. 예를 들어, 액터 메소드로 호출될 때 인수로 전달되거나 작업의 결과로 반환될 수 있습니다. 이 챕터의 앞부분에 있는 예제들은 동시성 도메인 간에 전달되는 데이터는 항상 안전한 간단한 값 타입을 사용하기 때문에 전송 가능성에 대해 논의하지 않았습니다. 반대로 일부 타입은 동시성 도메인 간에 전달하기 위해 안전하지 않습니다. 예를 들어, 변경 가능한 프로퍼티를 포함하고 해당 프로퍼티에 순차적으로 접근하지 않는 클래스는 서로 다른 작업 클래스의 인스턴스에 전달될 때 예상할 수 없고 잘못된 결과를 생성할 수 있습니다.

 

Sendable 프로토콜을 선언하여 전송 가능한 타입으로 표시합니다. 이 프로토콜은 어떠한 코드 요구사항을 가지지 않지만 Swift 가 적용하는 의미론적 요구사항이 있습니다. 일반적으로 타입을 전송 가능한 것으로 나타내기 위한 세가지 방법이 있습니다:

• 타입은 값 타입이고 변경 가능한 상태는 다른 전송 가능한 데이터로 구성됩니다 - 예를 들어, 전송 가능한 저장된 프로퍼티가 있는 구조체 또는 전송 가능한 연관된 값이 있는 열거형이 있습니다.
• 타입은 변경 가능한 상태가 없으며 변경 불가능한 상태는 다른 전송 가능한 데이터로 구성됩니다. - 예를 들어, 읽기전용 프로퍼티만 있는 구조체 또는 클래스가 있습니다.
• 타입은 @MainActor 로 표시된 클래스나 특정 쓰레드나 큐에서 프로퍼티에 순차적으로 접근하는 클래스와 같이 변경 가능한 상태의 안정성을 보장하는 코드를 가지고 있습니다.

의미론적 요구사항의 자세한 리스트는 전송 가능 (Sendable) 프로토콜을 참고 바랍니다.

 

전송 가능한 프로퍼티만 가지는 구조체와 전송 가능한 연관된 값만 가지는 열거형과 같이 어떠한 타입은 항상 전송 가능합니다. 예를 들어:

struct TemperatureReading: Sendable {
    var measurement: Int
}


extension TemperatureLogger {
    func addReading(from reading: TemperatureReading) {
        measurements.append(reading.measurement)
    }
}


let logger = TemperatureLogger(label: "Tea kettle", measurement: 85)
let reading = TemperatureReading(measurement: 45)
await logger.addReading(from: reading)

 

TemperatureReading 은 전송 가능한 프로퍼티만 가지는 구조체이며 public 또는 @usableFromInline 으로 표시되지 않은 구조체이므로 암시적으로 전송 가능합니다. 다음은 Sendable 프로토콜 준수가 암시되는 구조체입니다.

struct TemperatureReading {
    var measurement: Int
}

 

명시적으로 타입을 보낼 수 없는 것으로 나타내려면 Senable 프로토콜에 대한 암시적으로 준수를 재정의하고 확장을 사용합니다:

struct FileDescriptor {
    let rawValue: CInt
}




@available(*, unavailable)
extension FileDescriptor: Sendable { }

 

위의 코드는 POSIX 파일 디스크립터에 대한 래퍼의 일부분을 보여줍니다. 파일 디스크립터의 인터페이스는 징수를 사용하여 열린 파일에 대해 식별하고 상호작용 하고 정수값을 보낼 수 있지만, 비동기적 도메인을 통해 전송하는 것은 안전하지 않습니다.

 

위의 코드에서 FileDescriptor 는 암시적으로 보낼 수 있는 구조체입니다. 그러나 확장에 Sendable 에 대한 준수를 사용할 수 없게 만들어 타입 전송을 막을 수 있습니다.

References

https://docs.swift.org/swift-book/documentation/the-swift-programming-language/

Documentation