WWDC 2021 - Meet async/await in Swift 정리

https://developer.apple.com/videos/play/wwdc2021/10132/

Meet async/await in Swift - WWDC21 - Videos - Apple Developer

 

1. 동기 함수(synchronous) vs 비동기 함수 (asynchronous)(0:59)

• preparingThumbnail: 동기 함수
• prepareThumbnail: 비동기 함수
• 동기 함수, 즉 흔한 일반 함수를 호출하면 해당 스레드는 그 함수가 끝날 때까지 차단되어 작업이 끝날 때까지 다른 일을 할 수 없음
• 반대로, 비동기 버전인 prepareThumbnail 함수는 실행되는 동안 스레드는 다른 일을 할 수 있고, 작업이 끝나면 completion handler를 호출해 완료 사실을 알려줌

→ 이러한 비동기 함수는 호출되면 작업을 시작하고 빠르게 스레드 차단을 해제하여, 오래 걸리는 작업이 끝나는 동안 스레드는 다른 일을 할 수 있다는 장점이 있음

 

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2. async / await은 왜 나왔을까? (3:43)

다음의 예시를 살펴보자

1. 첫 번째 작업의 입력으로 쓰일 문자열과, 결과를 호출자에게 돌려주기 위한 completion handler를 인자로 받음
2. 문자열(id)를 URLRequest로 만듦
3. URLSession의 dataTask 메서드가 그 요청에 대한 데이터를 가져옴
4. 받아온 데이터를 UIImage로 변환
5. UIImage의 prepareThumbnail 메서드로 원본 이미지로부터 썸네일을 렌더링

→ 이 작업들은 각각 이전 결과에 의존하기 때문에 순서대로 수행되어야 함

→ 문자열에서 URLRequest를 만드는 것과 데이터에서 UIImage를 만드는 부분은 동기 호출이어도 됨 (빨라서)

그러나, 데이터 다운로드, 썸네일 렌더링은 오래 걸리기 때문에 비동기 호출이어야 함

 

 

비동기 프로그래밍을 Completion Handler로 작성하면

• 코드가 장황하고 중첩되어 의도 파악이 어려움
• 모든 경로에서 콜백을 호출해야 하는데 누락되기 쉬움 (guard문에서 콜백 호출을 잊는 경우)
• 에러 전파가 분산되고, 컴파일러가 정적 검증을 충분히 못함

→ 콜백은 그저 클로저이기 때문에 throw 사용 불가하고, guard에서 콜백 호출 없이 return 해도 컴파일 오류 발생 x

 

Result 타입으로 개선 (7:53)

아래와 같이 Result 타입으로 보완 가능하지만, 그만큼 절차(보일러플레이트)가 늘어나 코드가 복잡하고 길어짐

func fetchThumbnail(for id: String, completion: @escaping (Result<UIImage, Error>) -> Void) {
    let request = thumbnailURLRequest(for: id)
    let task = URLSession.shared.dataTask(with: request) { data, response, error in
        if let error = error {
            completion(.failure(error))
        } else if (response as? HTTPURLResponse)?.statusCode != 200 {
            completion(.failure(FetchError.badID))
        } else {
            guard let image = UIImage(data: data!) else {
                completion(.failure(FetchError.badImage))
                return
            }
            image.prepareThumbnail(of: CGSize(width: 40, height: 40)) { thumbnail in
                guard let thumbnail = thumbnail else {
                    completion(.failure(FetchError.badImage))
                    return
                }
                completion(.success(thumbnail))
            }
        }
    }
    task.resume()
}

 

async/await 사용 (8:30)

func fetchThumbnail(for id: String) async throws -> UIImage {
    let request = thumbnailURLRequest(for: id)  
    let (data, response) = try await URLSession.shared.data(for: request)
    guard (response as? HTTPURLResponse)?.statusCode == 200 else { throw FetchError.badID }
    let maybeImage = UIImage(data: data)
    guard let thumbnail = await maybeImage?.thumbnail else { throw FetchError.badImage }
    return thumbnail
}

• 함수는 문자열을 인자로 받지만, completion handler를 받지 않고 함수 자체가 async 키워드가 붙음
• 이미지의 썸네일이 성공적으로 만들어졌다면, 썸네일 리턴, 오류가 발생하면 throw로 간단한 구조
• thumbnailURLRequest은 동기 함수이브로 스레드 블록
• dataTask와 달리 data 메서드는 await이 가능하여 함수는 빠르게 자기 자신을 일시 중단하여 스레드 차단을 해제, 스레드는 다른 작업 가능
  • try가 있는 이유는 data 메서드가 throws로 표시되어 있는 에러를 던질 수 있는 함수이기 때문
• 데이터 다운로드가 끝나면 data 메서드는 재개되어 fetchThumbnail로 돌아옴

async/await를 사용한다면 (11:48)

• async 함수는 필요시 일시 중단(suspend)되고, 결과가 준비되면 재개 (resume)
• 직선적이고 간결한 코드 구현 가능
• throw/try를 사용하여 정상 / 실패 경로를 컴파일러가 강하게 검증해, 누락 가능성이 없어짐
• 호출자는 반드시 값 또는 오류를 받을 수 있음

→ 더 안전하고 짧고, 개발자의 의도를 더 잘 반영한 코드

 

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3. 스레드 관점에서의 차이 (15:19)

• 동기 호출: 호출 스레드를 블록
• Completion Handler 기반 비동기: 호출 즉시 언블록(백그라운드에서 작업), 나중에 콜백
• async/await: 호출 지점에서 스레드를 블록하지 않고 함수 실행을 suspend
  • 시스템이 스레드를 다른 작업에 재활용 가능
  • 재개 시점/스레드는 시스템이 결정 (다른 스레드에서 재개 될 수 있음 → 처음 스레드와 재개되는 스레드 다를 수 있음)
  • await 표기는 ‘이 사이에 앱 상태가 바뀔 수 있음’을 개발자에게 분명히 표시

중요: async라고 해서 반드시 suspend 되는 것이 아님, await이 있어도 상황에 따라 즉시 반환할 수 있음

• suspend는 “결과가 아직 준비되지 않은 경우”에만 발생
• 결과가 이미 준비되어 있으면 await은 즉시 반환 → 스레드 재활용 X.

 

await 키워드: async 함수가 그 지점에서 일시 중단 될 수 있음을 나타냄

 

동기 함수의 스레드 제어권

어떤 함수를 호출하든 함수가 실행 중인 스레드 제어권을 그 함수에 넘겨줌

만약 호출한 함수가 일반(동기)함수일 경우, 그 스레드는 함수가 끝날 때까지 해당 작업만 수행됨

호출된 함수는 값을 반환하거나, 오류를 던짐으로써 종료되고, 해당 함수는 제어권을 호출한 함수로 돌려줌

→ 일반 함수가 스레드 제어권을 넘겨줄 수 있는 유일한 방법은 끝나느 것뿐

그리고, 제어권을 넘겨받는 대상은 함수를 호출한 함수 뿐

 

비동기 함수의 스레드 제어권 (18:07)

만약 async 함수를 호출하게 된다면

일반 함수처럼 일이 끝나면 종료하고 제어권을 호출한 함수로 돌려주긴 하지만,

완전히 다른 방식으로 스레드 제어권을 넘길 수 있음 → 일시 중단 (suspend)

 

일반 함수와 마찬가지로 async 함수를 호출하면 스레드의 제어권을 그 함수에 넘김

async 함수는 일시 중단 될 수 있는데, 일시 중단되면 스레드의 제어권을 포기하는 것

하지만, 호출한 함수로 제어권을 돌려주는 대신, 시스템에 제어권을 넘기게 되어 호출한 함수도 일시 중단됨

함수가 스스로 일시 중단되면, 시스템은 그 스레드를 다른 작업에 사용할 수 있고,

어느 순간 시스템은 가장 중요한 작업이 이전에 스스로 일시 중단했던 async 함수를 계속 실행하는 것이라고 판단하면 재개하고, 그 async 함수는 다시 스레드의 제어권을 얻고 작업을 계속할 수 있음

→ 작업의 우선순위를 시스템에게 맡기는 것

 

중요한 것은 아예 일시 중단할 필요가 없을 수 있음

async 함수는 일시 중단할 수 있지만, async로 표시되었다고 해서 반드시 일시 중단하는 것은 아님

마찬가지로, await을 사용한다고 해서 그 지점에서 함수가 반드시 일시 중단되는 것도 아님

단 한 번도, 일시 중단하지 않았든지, 마지막으로 재개된 이후든지 함수는 종료하면서 스레드의 제어권을 여러분의 함수에 돌려주고, 값이나 오류를 함께 넘김

• URLSession의 async data 메서드를 호출하면 data 메서드는 스레드에서의 실행을 멈추고 (일시 중단), 스레드의 제어권을 시스템에게 넘겨 data 메서드에 대한 스케쥴링 요청
• 이 시점에서는 시스템이 제어권을 쥐고 있으면 해당 작업이 바로 시작되지 않을 수 있으며, 다른 일을 먼저 할 수 있음

예를 들어, fetchThumbnail 호출된 이후 사용자가 어떤 데이터를 업로드하는 버튼을 탭했다고 가정해본다면,

시스템은 이미 대기열에 있던 작업보다 사용자의 반응을 전송하는 작업을 실행할 수 있음

이후, 전송 작업이 완료되면 URLSession의 data 메서드가 재개될 수 있음

→ 함수가 일시 중단되는 동안 다른 작업이 수행될 수 있는 사실이 async 호출에 await이 강제되는 이유!

→ 함수가 일시 중단 되는 동안 앱의 상태가 급격히 바뀔 수 있는 사실을 인지해야 함!!

 

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async가 될 수 있는 것은 함수만이 아님

프로퍼티가 될 수 있고, 이니셜 라이저도 될 수 있음

4. Async properties (13:16)

UIImage Extension에 thumbnail 프로퍼티 추가

extension UIImage {
    var thumbnail: UIImage? {
        get async {
            let size = CGSize(width: 40, height: 40)
            return await self.byPreparingThumbnail(ofSize: size)
        }
    }
}

// print(await image.thumbnail) // 접근 후, 기다렸다가 값이 생기면 출력

• CGSize를 만들어 byPreparingThumbnail(ofSize:)에 전달한 결과를 await함
• async property 주의점
  1. 명시적 getter 필요
     • 프로퍼티를 async로 표시하려면 명시적으로 getter가 필요함
     • Swift 5.5부터는 프로퍼티 getter도 throw 가능
  2. setter 사용 불가능 - 읽기 전용 (read-only) 프로퍼티에만 async가 될 수 있음
     • setter는 값을 설장하는 기능인데 이 작업은 일반적으로 동기적으로, 즉 즉시 수행되어야 함
     • setter가 비동기적이라면 속성 값 설정 후, 실제 값이 반영되기까지 다른 코드가 실행될 수 있고, 예측 불가능하게 되어 디버깅이 안 됨

 

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5. Async sequences (14:05)

for 루프에서 async 시퀀스를 순회할 때 await 사용 가능

async 시퀀스는 일반 시퀀스와 같지만, 요소를 비동기적으로 제공함

따라서 다음 항목을 가져오는 동작은 async임을 나타내기 위해 await 키워드를 사용

for await id in staticImageIDsURL.lines {
    let thumbnail = await fetchThumbnail(for: id)
    collage.add(thumbnail)
}
let result = await collage.draw()

• 함수가 async 시퀀스를 반복하는 동안 다음 요소를 기다리는 동안 스레드 차단을 해제할 수 있고, 그 다음 요소와 함께 루프 본문으로 재개 되거나, 더 이상 요소가 없으면 루프 이후로 재개 됨

https://developer.apple.com/videos/play/wwdc2021/10058/

https://developer.apple.com/kr/videos/play/wwdc2021/10134/

Explore structured concurrency in Swift - WWDC21 - 비디오 - Apple Developer

 

 

 

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6. Testing async code (20:24)

XCTest는 기본적으로 async를 지원함

Testing using XCTestExpectation

이전에는 XCTestExpectation을 설정하여 테스트 대상 API를 호출하고, expectation을 fulfill, wait 해야하는 번거로운 과정이 필요했었음

 

Testing using async/await

테스트 함수에 async 표시하는 형태로 간단하게 구현 가능해짐

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7. SwiftUI에서의 async/await (22:13)

• completion handler를 제거하고 try, await을 추가하면 빌드 오류 발생
• async가 아닌 컨테스트에서는 async 함수를 호출할 수 없다는 오류!
• onAppear modifier는 일반 클로저를 받기 때문에 동기에서 비동기를 연결할 방법이 필요

→ async task 함수 사용

 

async task

• async task는 클로저 안의 작업을 포장하여 다음 사용 가능한 스레드에서 즉시 실행되도록 시스템에 보냄
• 마치 글로벌 디스패치 큐에서 async 함수를 사용하는 것과 같음
• 동기 컨텍스트 내부에서 비동기 코드를 호출할 수 있음

https://developer.apple.com/videos/play/wwdc2021/10019/

Discover concurrency in SwiftUI - WWDC21 - Videos - Apple Developer

 

 

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8. Completion Handler에서 async/await으로의 전환 (24:27)

Swift 5.5부터는 Swift 컴파일러가 Objective-C에서 import된 completion handler 코드를 자동으로 살펴보고 async 대안을 제공함

많은 delegate API도 completion handler 코드를 async로 사용 가능해짐

예시로, ClockKit의 Complication Data Source 메서드를 보면

기존 completion handler

• 모든 경로에서 handler를 호출해야하므로 실수가 잦음
• 클로저 중첩과 guard 처리로 코드가 지저분함

 

변경 후 async/await

• 클로저가 사라져 코드 흐름 단순화
• return으로 결과를 바로 반환하여 실수 여지 줄음
• 네이밍 규칙 변화
  • completion handler 기반 함수는 종종 ‘get’ 접두사를 붙여 ‘이 함수가 호출 시 바로 값을 반환하지 않는다’는 걸 강조함
  • 하지만 async 함수는 결과를 await 하면 자연스럽게 반환되도록 접두사를 불필요하게 됨

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9. Continuations (26:59)

Swift가 기존의 completion handler를 async로 변환해주는 API를 살펴봤지만, 이미 구현된 우리의 코드를 직접 async로 변환해야 함

 

예를 들어, Core Data에 저장해둔 값을 가져오기 위해 getPersistentPosts 함수를 사용한다고 생각해보자

이 함수는 많은 곳에서 호출하기 때문에 바로 전체를 async로 바꾸기에는 변화가 너무 큼

따라서, 새로운 async 함수를 만들어 기존의 getPersistentPosts를 호출하여 연결하는 메서드를 만드는 것이 효율적

 

• 콜백에서 나온 결과를 persistentPosts를 호출하고 await하고 있는 곳으로 돌려줘야 함
• 그 호출자들은 현재 일시 중단된 상태이므로 적절한 시점과 올바른 데이터로 재개되도록 보장해야 나머지 작업을 이어나갈 수 있음

 

일시 중단/재개 과정

1. persistentPosts의 async 버전이 호출되면 CoreData로 호출을 전달함
2. 어느 시점에 Core Data가 completion handler를 호출하여 fetch 요청의 결과를 getPersistentPosts에 전달함

• 현재 부족한 것은 persistentPosts에서 getPersistentPosts를 호출한 completion handler를 await하고 fetch 요청의 결과로 재개할 수 있게 해주는 브릿지가 필요함

→ Continuation 사용

 

 

Checked continuation

• 호출자는 함수 호출의 결과를 await 하고 다음에 무엇을 할지를 지정하기 위해 클로저를 제공
• 함수 호출이 완료되면 그 함수는 completion handler를 호출하여 호출자가 결과로 하려고 했던 일을 재개함

• withCheckedThrowingContinuation 함수는 오류를 갖는 completion 블록을 throwing async Swift 함수를 끌어올려 줌
• 오류를 안 던지면 withCheckedContinuations 사용
• 이 함수들은 일시 중단된 async 함수를 재개하는 데 사용할 수 있는 continuation 값에 접근하는 방법
• 또한, getPersistentPosts 호출을 await할 수 있게 해줌으로써 브릿지 구축
• completion handler로 받은 결과를 continuation.resume을 이용하여 전달하여 중단된 호출을 재개하는 역할
• resume은 반드시 정확히 한 번 호출되어야 함!!!!
  • 한 번도 호출되지 않으면 함수가 절대 재개되지 않아 런타임 오류 발생
  • 여러 번 재개하면 데이터를 손상시킬 수 있어 오류 발생됨
    • withUnsafeContinuation 사용하면 에러나지만, CheckedContinuation은 내부적으로 오류는 안 나게 걸러줌)

https://developer.apple.com/videos/play/wwdc2021/10254/

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마무리 정리

• 기존 Completion Handler 기반 비동기 코드는 장황하고 실수 유발
• async/await은 동기 코드처럼 읽히는 직선 흐름으로 비동기를 작성하게 해주며 컴파일러가 안정성 보장
• SDK(UIKit, Foundation 등)에 수백 개의 awaitable API가 이미 제공/자동 변환됨
• 테스트, SwiftUI에서도 곧바로 사용 가능

async

• 함수/프로퍼티/이니셜라이저가 비동기임을 명시하는 키워드
• suspend될 수 있을을 의미 (항상 되는 것은 아님)
• 함수가 중단되면, 호출자도 함께 일시 중단 (호출자도 async 여야 함)
• 시그니처 규칙: async는 throws 앞에 위치

func load() async throws -> Data
var thumbnail: UIImage? { get async throws }
init(path: String) async

await

• async 함수가 한 번 혹은 여러 번 일시 중단될 수 있는 위치를 가리키기 위해 await 키워드 사용
• 비동기 결과를 기다리는 지점 (suspend point) 표시
• 일시 중단되어 있는 동안 스레드는 다른 작업을 스케줄할 수 있음
• 같은 표현식에 여러 async 호출이 있어도 await 한 번이면 충분
• 함수는 처음 스레드와 다른 스레드에서 재개될 수 있음

let (data, response) = try await URLSession.shared.data(for: request)
let image = await loader.thumbnail

Task

• 비동기 작업 실행 단위
• sync 컨텍스트에서 async 호출을 가능하게 하는 브리지
• 클로저 안의 작업을 포장하여 다음 사용 가능한 스레드에서 즉시 실행되도록 시스템에 보내짐
• Task는 현재 context(메인 액터라면 메인, 백그라운드라면 백그라운드)를 따름

Task {
    let v = try await api()
}