TCA 1.0 - Swift의 비동기 처리와 TCA에서의 응용 (ch.06)

안녕하세요. 그린입니다 🍏

이번 포스팅에서는  Swift의 비동기 처리와 TCA에서의 응용에 대해 알아보겠습니다🙋🏻

 

항상 포스팅에서도 소개했지만, TCA 1.0 시리즈 학습은 아래 학습자료를 기반으로 하고 있습니다.

해당 레퍼를 기반으로 학습하면서 제 나름대로 정리해보는 포스팅이기에, 주관적인 사견이 추가됩니다 🙋🏻

 

Chapter 6. Swift의 비동기 처리와 TCA에서의 응용 | Notion

 

그럼 바로 알아보시죠!

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TCA와 비동기 처리

• 리듀서는 Effect<Action> 타입으로 앱의 상태를 제어
• 여기서 내부 State를 업데이트 하는거 외 외부에서 Effect를 피드백하는걸 흔히 사이드이펙트라고 부름

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.run(priority:operation:catch:fileID:line:)

• 사이드이펙트를 담당하여 처리하는 Effect
• Effect의 타입 메서드로 EffectPublisher<Action, Failure>를 반환함
  • EffectTask<Action>의 typealias를 사용하라고 권장

var body: some ReducerOf<Self> {
  Reduce { state, action in 
    switch action {
    case .requestNetwork:
      return .run { send in 
        🙋🏻 비동기 로직 구현
      } catch: {
        ⚠️ 에러 처리
      }
    }
  }
}

 

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.run의 역할

var body: some ReducerOf<Self> {
  Reduce { state, action in 
    switch action {
    case .btnTapped:
      return .run { send in 
        let image = try await requestImage()
        await send(.requestResponse(image))
      } catch: { error, send in 
        ⚠️ 에러 처리
      }
      
    case let .requestResponse(image):
      state.image = image
      return .none
    }
  }
}

private func requestImage() async throws -> Image {
  Task { try! await Task.sleep(for: .seconds(1)) }
  return Image(systemName: "circle.fill")
}

• .run의 비동기 처리 코드를 구체적으로 예시를 통해 알아본 코드
• 기본적으로 TCA의 Action 케이스에서 하는 모든 일들은 메인 스레드에서 수행됨
• .run 블럭에 들어가는것은 예외로 메인 스레드에서 처리되지 않음 (비동기 작업이기에)
• .run을 통해 operation 클로저에서 실행된 작업은 메인 스레드가 아닌 다른 스레드에서 처리가 되고 결국 이를 통해 상태값을 바꾸는 등의 작업은 다시 메인 스레드로 돌아와 처리해야함
• 여기서 공통된 requestImage는 액션 케이스로 다루는것이 아닌 별도 내부 메서드로 처리하는것을 권장하는편
• sleep을 주고 하는 작업등도 사이드이펙트로 볼 수 있음

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MainActor & send

• 위 .run 블럭의 내부에서 전달되는 send는 MainActor의 Send<Action> 인스턴스
• 결국 위처럼 리듀서가 상태값 변경을 위해 state에 사이드이펙트로부터 완료된 새 상태값을 업데이트하는건 결국 메인 스레드에서 발생해야하기에 send를 통해 액션을 호출해야함
• send 앞에 await를 사용하는건 actor가 다른 스레드의 작업이 일시 정지 될 수 있음을 알려주기 위함 

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TCA 비동기 처리의 맥락 이해하기

• 위와 같은 비동기 블럭에서의 값을 send를 사용하지 않고 state에 직접 접근하여 업데이트 쳐주는것은 허용되지 않고 있음
• 그걸 알아보는게 이번 소주제의 목표!

func doSomething() async {
  var value = "green"
  Task {
    value = "red"
  }
}

• 위 코드는 에러가 발생함
  • Task가 생성할 새 스레드에서 변수에 새 값을 할당하려하지만 어느 시점에 이뤄질지 미확정
• 해당 에러들을 해결된 돌아가는 코드는 아래와 같음!

var value = "green"

func doSomething(
  _ value: inout String, 
  completion: @escaping @MainActor (String) -> Void
) async {
  Task { [value = value] in 
    let result = "red"
    await completion(result)
  }
}

Task {
  await doSomething(&value) { result in 
    value = result
  }
}

• 우선 외부 변수 자체를 비동기 코드 내에서 변경할 수 없으니 전역값으로 뺌
• inout 파라미터는 비동기 블럭에서 사용할 수 없기에 값을 캡쳐하여 사용
• 변경된 값을 컴플리션을 통해 메인 스레드에서 값 업데이트가 발생하게 구현
• 컴플리션 타입에 @MainActor를 사용하여 메인 스레드에서 작업이 이뤄지도록 보장함
• 만약 TCA에서 send를 제공하지 않으면 우리는 이러한 작업들을 각 액션에서 번거롭게 구현해줘야함
• 위와 같은 형태가 .run의 비동기 처리 코드 로직과 아주 유사함
• 결국 핵심은 값 업데이트는 메인 스레드에서 이뤄져야하고 비동기 처리 후 해당 도출된 값을 메인 스레드에서 어떻게 반영시키는지 그 맥락을 이해해봤으며, TCA에선 이런 번거로운것들을 send를 통해 쉽게 처리해볼 수 있음

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구조화된 Task

• .run 블럭에서 에러 처리에 따른 Task 취소와 일괄 관련된 모든 Task 취소 등 자유롭게 구현해줄 수 있음
• 하나의 Task 취소 시 다른 Task도 동시 취소가 되어야 한다면 withTaskCancellation을 사용할 수 있음
• 블럭에 cancellable을 붙여 쉽게 구성해줄수도 있음
• 또한 catch에서도 send를 통해 구성도 가능

case .doSomething:
  return .run {
    // 비동기 작업
  } catch: { error, send in 
    print(error)
    await send(.asyncResponse)
  }
  .cancellable(id: CancelKey.cancel)

• 위와 같은 흐름으로 구성이 자유롭게 가능
• 위와 같이 Effect에 .cancellable을 붙여주어 취소할 작업의 ID를 지정해줄 수 있게됨
  • 다른 액션 로직에서 .cancel로 해당 취소 ID가 호출되면 해당 작업도 취소하는 형식

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Swift Concurrency 히스토리 탐방하기

• Swift Concurrency는 WWDC 2021에서 처음 소개되어 기존 GCD 방식의 동시성 프로그래밍에서 더욱 편리하게 사용할 수 있도록 해줌

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GCD

• GCD 이전에는 아래와 같이 개발자가 해당 작업을 어떤 스레드에서 처리할지 구현해줘야 했음

Thread.newThread {
  ...
}

• 이러한 방식은 스레드를 무한정으로 생성될 여지도 있고 CPU를 효율적으로 쓰지 못함
• Thread가 non-blocking을 지원하지 않기에 그러함
• 이런 기존 방식을 해결하고자 작업의 큐 관점으로 GCD라는 동시성 프로그래밍 방식이 나옴

let queue = DispatchQueue(label: "green")

queue.async {
  ...
}

• 기본적으로 DispatchQueue는 순차적이기에 동시적으로 큐를 작업하고 싶다면 attributes 인자에 .concurrent로 큐를 선언해줘야함
• GCD를 통해 개발자들이 스레드에 대해 직접적으로 구현하지 않기에, 이전보다는 편리하게 동시성 프로그래밍을 구현할 수 있게됨
• DispatchGroup으로 서로 다른 큐의 작업들을 묶어 관리하기에도 편리해짐
• 다만 GCD 방식도 각 스레드가 여전히 데이터 경쟁을 유발할 수 있고 기존 스레드를 직접 생성하는것처럼 많은 스레드가 생길 여지도 있음
• 즉, 성능상으로 잘못 사용된다면 이슈가 클 수 있다는 소리!

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Swift Concurrency

• async & await 키워드를 통해 고유한 Swift의 Concurrency 코드 작성이 가능케됨
• async는 이 함수가 동시성의 성격을 가지고 있다는것을 컴파일러에게 노티해주는것이고 await는 async로 정의된 함수가 언제 일시 정지되어야 하는지 컴파일러에 노티해주는 역할을 가짐

func asyncSomething() async -> Void {
  ...
}

await asyncSomething()

• 위 코드처럼 기본적으로 사용됨
• 스레드 제어권에 대해 개발자 개입을 피할 수 있음
• 시스템과 소통하면서 해당 동시성 코드들을 불특정한 Thread로 할당
• Concurrency에선 Suspension이라는 개념을 통해 GCD의 미비한것들이 개선됨
• suspension은 async 메서드가 suspension을 감지하는 키워드인 await와 함께 호출될 경우 그 시점에 일시 정지될 수 있음을 의미해줌
• 시스템에 제어권을 돌려주고 다른 작업을 실행하게함
• 즉, await로 호출되어 일시 정지된 시점부터 비동기 로직이 끝날때까지 스레드가 시스템에 의해서 다른 작업을 수행할 수 있도록 하는것
• 결론적으로 await로 붙여주면 그 후의 코드는 해당 async 함수가 종료될때까지 호출되지 않는다는것!
• Task는 비동기 처리를 위해 새 스레드를 할당해주지만 스레드가 무한정 생성되지 않도록 내부적인 pool을 지님
• Task 블럭 내에선 순차적으로 처리
• Task는 하나의 작업에 대한 비동기 처리만을 책임
• 만약 동시에 여러 작업을 수행해야 한다면, TaskGroup을 사용

Task {
  await withTaskGroup(of: VOid.self) { group in 
    group.addTask {
      await doSomething1()
    }
    group.addTask {
      await.doSomething2()
    }
    
    await group.waitForAll()
  }
}

• 하나의 group에 두개의 async 로직을 담으면 안됨 (작업이 동시적으로 진행되지 않음)
• TaskGroup 방식 외 async-let으로도 동시 처리가 가능

func doSomething() async -> Void {
  async let a = doSomething1()
  async let b = doSomething2()
}

Task {
  await doSomething()
}

• 이렇게도 가능한데 이 경우는 반환 타입이 존재하는 경우 많이 사용됨

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Data Race & actor

• 여러 스레드에서 동시에 공통 변수에 접근하고 수정하려고 할 때 발생하는 문제를 Data Race라고함
• 사실 Race Condition과 같음
• 그래서 이전 방식에서는 NSLock을 걸거나 세마포어를 쓰거나 하는 등 여러 접근이 동시에 되면서 문제를 유발하지 않도록 해결해왔으나 이 또한 신경써야할게 많고 실수를 유발할 수 있는 방식이였음
• actor가 등장하면서 조금 더 수월하게 사용할 수 있게됨
• actor는 struct, class처럼 프로퍼티, 메서드, 이니셜라이저등을 가질 수 있는 하나의 타입

actor Value {
  var someValue: String = ""
  func doSomething() { }
}

• 여러 스레드가 하나의 프로퍼티를 참조하는 상황에서 actor는 각 스레드에서 동기화 될 수 있도록 해줌
• 비동기, 멀티스레딩 작업에서 유용
• 현재 들어온 스레드가 아닌 다른 작업은 suspension 되도록 보장해줌

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소감

• TCA에서 액션이 어떤 스레드에서 일어나고, .run의 동작은 어떤 원리인지 좀 더 명확히 알 수 있어 배워가는게 개인적으로 많았던 챕터!
• 확실히 정형화되어 사용하기에 너무 좋은것 같음

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레퍼런스

Chapter 6. Swift의 비동기 처리와 TCA에서의 응용 | Notion