2025. 1. 19. 19:16ㆍiOS
**Concurrency(동시성)**는 여러 작업이나 작업 단위들이 동시에 실행되는 것처럼 보이는 개념을 말합니다. 동시성은 여러 작업이 동시에 시작되고 동시에 종료되는 것뿐만 아니라, CPU 자원을 효율적으로 활용하여 여러 작업이 동시에 진행될 수 있도록 하는 프로그래밍의 중요한 개념입니다. iOS와 macOS의 앱 개발에서 동시성은 앱의 성능, 응답성, 그리고 사용자 경험을 크게 개선할 수 있기 때문에 중요한 기술적 요소로 다뤄집니다.
1. Concurrency vs Parallelism(병렬 처리)
동시성과 병렬 처리(Parallelism)는 밀접한 관계가 있지만 개념적으로 다릅니다. 이 두 용어는 자주 혼동되기도 하지만, 실제로는 서로 다른 특성을 가집니다.
- Concurrency(동시성): 여러 작업을 동시에 처리할 수 있도록 여러 작업들이 작업을 나누어 실행되는 개념입니다. 실제로 한 번에 하나의 작업만 수행될 수 있는 시스템에서도 동시성은 구현될 수 있습니다. 예를 들어, 멀티스레드 시스템에서는 하나의 CPU 코어에서 여러 작업이 순차적으로 실행될 수 있도록 스케줄링하여 동시성을 구현할 수 있습니다. 즉, 동시성은 한 프로세서에서 여러 작업이 "같은 시간"에 처리되는 것처럼 보이게 만드는 것입니다.
- Parallelism(병렬 처리): 병렬 처리는 여러 작업이 동시에 실행되는 것입니다. 즉, 여러 개의 CPU 코어나 프로세서를 이용해 동시에 여러 작업을 수행하는 것입니다. 병렬 처리는 진정한 동시 실행을 목표로 하며, 여러 작업이 실제로 동시에 실행됩니다.
간단히 말해서, 동시성은 여러 작업을 잘 분배해서 동시에 실행하는 것처럼 보이게 만드는 개념이고, 병렬성은 여러 작업을 실제로 동시에 실행하는 개념입니다.
2. iOS와 Concurrency
iOS 애플리케이션에서 동시성을 다루는 것은 매우 중요합니다. 특히 네트워크 요청, 파일 다운로드, UI 업데이트, 대규모 데이터 처리 등의 작업은 시간이 오래 걸리기 때문에, 이들을 비동기적으로 처리하여 앱이 멈추지 않고 원활하게 동작하도록 해야 합니다.
동시성을 효과적으로 관리하는 방법은 크게 두 가지로 나눌 수 있습니다: **비동기 처리(Asynchronous Processing)**와 **멀티스레딩(Multithreading)**입니다.
1) 비동기 처리 (Asynchronous Processing)
비동기 처리는 작업을 백그라운드에서 실행하고, 그 작업이 완료되면 결과를 처리하는 방식입니다. 비동기 방식에서는 UI 스레드가 차단되지 않으며, 작업이 끝난 후에 UI를 업데이트하는 등의 처리를 할 수 있습니다. 비동기 작업을 할 때 흔히 사용되는 기술은 **클로저(Closure)**와 DispatchQueue입니다.
DispatchQueue
DispatchQueue는 GCD(Grand Central Dispatch)를 기반으로 동시성 작업을 처리하는 도구입니다. GCD는 멀티코어 시스템에서 병렬 작업을 효율적으로 관리할 수 있도록 설계되었습니다. DispatchQueue는 동기적(synchronous) 또는 비동기적(asynchronous) 방식으로 작업을 실행할 수 있습니다.
- 동기적 작업: 작업이 끝날 때까지 기다린 후 그다음 작업을 실행합니다. 주로 **메인 큐(Main Queue)**에서 UI 업데이트 등을 할 때 사용됩니다.
DispatchQueue.main.sync {
// 동기적으로 작업 실행
print("작업이 완료되었습니다.")
}- 비동기적 작업: 작업이 시작되면 기다리지 않고 바로 다음 작업을 실행합니다. 이를 통해 앱이 멈추지 않고 사용자에게 빠르게 반응할 수 있습니다.
DispatchQueue.global(qos: .background).async {
// 백그라운드에서 비동기 작업 실행
print("백그라운드 작업 실행 중")
}2) 멀티스레딩 (Multithreading)
멀티스레딩은 **여러 개의 스레드(Thread)**를 활용하여 동시에 여러 작업을 처리하는 방법입니다. iOS에서는 스레드가 **메인 스레드(Main Thread)**와 **서브 스레드(Background Thread)**로 나뉩니다. 메인 스레드는 UI 작업을 처리하고, 서브 스레드는 백그라운드 작업을 처리하는 데 사용됩니다. 멀티스레딩을 통해 CPU의 여러 코어를 활용하여 성능을 향상시킬 수 있습니다.
GCD와 OperationQueue
- **GCD(Grand Central Dispatch)**는 시스템의 스레드를 관리하고 스레드 풀을 이용하여 효율적으로 작업을 분배하는 기술입니다.
- OperationQueue는 GCD의 래퍼로, 좀 더 높은 수준의 작업 큐를 제공합니다. OperationQueue는 작업 간 의존성이나 작업 취소, 작업 우선순위 등을 다룰 수 있는 기능을 제공합니다.
// OperationQueue를 사용하는 예시
let queue = OperationQueue() queue.addOperation {
// 백그라운드에서 작업 실행
print("백그라운드 작업 실행 중")
}3. Concurrency의 중요성
1) 사용자 경험 향상
동시성은 사용자가 애플리케이션을 사용할 때 반응성을 높이는 중요한 요소입니다. UI 스레드에서 시간이 오래 걸리는 작업을 처리하면 UI가 멈추게 되어, 사용자는 앱이 멈춘 것처럼 느낄 수 있습니다. 비동기적 작업을 통해 이러한 문제를 피할 수 있습니다.
예를 들어, 네트워크 요청을 비동기적으로 처리하거나, 데이터베이스에서 데이터를 백그라운드 스레드에서 처리하여 UI를 계속 응답 상태로 유지할 수 있습니다.
2) 리소스 활용 최적화
동시성을 사용하면 하드웨어 자원을 효율적으로 활용할 수 있습니다. 예를 들어, 멀티코어 CPU를 활용해 여러 작업을 병렬로 처리함으로써, 성능을 극대화할 수 있습니다. 대규모 데이터 처리, 이미지나 비디오 처리 등의 경우 동시성을 사용하면 성능이 크게 향상됩니다.
3) 대규모 시스템에서의 필요성
동시성은 특히 대규모 시스템에서 매우 중요합니다. 예를 들어, 서버와 클라이언트 간의 통신이나 데이터 처리에서 동시성을 사용하지 않으면, 시스템이 느려지고 처리량이 감소할 수 있습니다. 클라우드 기반 애플리케이션이나 멀티유저 게임에서는 여러 요청을 동시에 처리해야 하므로 동시성을 적절하게 활용해야 합니다.
4. Concurrency에서의 문제와 주의사항
동시성 프로그래밍은 상태 공유, 경쟁 조건, 동기화 문제 등 다양한 문제를 동반할 수 있습니다.
- 경쟁 조건(Race Condition): 두 개 이상의 작업이 동시에 같은 자원에 접근할 때 발생할 수 있습니다. 이 문제를 방지하려면 **동기화(Synchronization)**를 통해 자원에 대한 접근을 제어해야 합니다.
- 예: 두 개의 스레드가 동시에 변수를 수정하려고 할 때, 이들을 동기화하지 않으면 예상치 못한 결과가 나올 수 있습니다.
- 데드락(Deadlock): 두 개 이상의 작업이 서로 다른 자원을 기다리며 실행을 멈추는 상황입니다. 데드락은 동시성 프로그래밍에서 중요한 문제이며, 이를 방지하려면 적절한 순서로 자원을 요청하거나 타임아웃을 설정하는 방법이 필요합니다.
- 스레드 안전(Thread Safety): 여러 스레드에서 동시에 접근할 수 있는 자원을 안전하게 사용하려면, 해당 자원을 스레드 안전하게 만들어야 합니다. 이를 위해 동기화 기법을 사용해야 합니다. 예를 들어, DispatchQueue.sync나 NSLock을 사용하여 자원 접근을 제어할 수 있습니다.
결론
동시성은 멀티코어 시스템에서 자원을 효율적으로 활용하고, 사용자 경험을 향상시키는 중요한 기술입니다. iOS 앱 개발에서 동시성은 네트워크 요청, 백그라운드 작업, UI 업데이트 등 다양한 상황에서 필수적인 요소입니다. 동시성 프로그래밍을 잘 활용하려면 비동기 처리, 멀티스레딩, 스레드 안전성 등을 고려하고, 발생할 수 있는 문제를 적절히 처리하는 방법을 이해해야 합니다.
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