[iOS - swift] 3. Concurrent Programming - DispatchQueue의 serial, concurrent, async, sync 이해하고 사용하기

1. Concurrent Programming - NSLock, DispatchSemaphore 사용 방법

2. Concurrent Programming - DispatchSemaphore로 코틀린의 CompletableDeferred 구현방법

3. Concurrent Programming - DispatchQueue의 serial, concurrent, async, sync 이해하고 사용하기

4. Concurrent Programming - Thread Safe Array 구현방법 (DispatchQueue의 barrier 사용)

5. Concurrent Programming - OperationQueue로 동적으로 작업 추가, 취소하는 모듈 구현방법

기본지식) DispatchQueue에서의 serial, concurrent, async, sync

• swift에서 DispatchQueue 없이 코드를 작성하면 main serial queue에서 동작
• DispatchQueue안에서의 스레드 작업은 thread safe
• DispatchQueue().sync로 수행하면, 한 번에 하나의 프로세스만 실행할 수 있음
• DispatchQueue의 디폴트 값은 Serial 큐
  • 단, attributes: .conccurent를 추가하면 동시성 큐

let serialQueue = DispatchQueue(label: "MyQueue")
let concurrentQueue = DispatchQueue(label: "MyArrayQueue", attributes: .concurrent)

iOS에서 스레드가 동작하는 방식

• 별도의 DispatchQueue 코드 없이 바로 코드 선언할 경우 (Serial Queue)

import UIKit

class ViewController: UIViewController {
  override func viewDidLoad() {
    super.viewDidLoad()
    
    var a = 1
    a = a + 2
    print(a)
  }
}

• DispatchQueue를 선언해서 사용하는 경우, concurrent를 선언해주지 않으면 serial queue이므로 위와 동일하게 동작

let serialQueue = DispatchQueue(label: "serial")
serialQueue.sync {
  var a = 1
  a = a + 2
  print(a)
}

async와 sync

• async는 작업이 종료할때까지 기다리지 않고 바로 진행하라는 의미
• sync는 작업이 종료될때까지 기다리다가, 이전 작업이 종료되었을때 수행
• DispatchQueue에서의 async, sync의미 파악이 더욱 중요
  • DispatchQueue.sync: 해당 코드를 부르는 쪽에서 sync로 처리하라는 의미
  • DispatchQueue.async: 해당 코드를 부르는 쪽에서 async로 처리하라는 의미

ex) main thread에서 DispatchQueue().sync를 사용한 경우

• 호출한 쪽이 main thread이므로 main thread에서 sync하게 동작

class ViewController: UIViewController {
  override func viewDidLoad() {
    super.viewDidLoad()
    
    let serialQueue = DispatchQueue(label: "serial")
    serialQueue.sync {
      var a = 1
      a = a + 2
      print(a)
    }
  }
}

• sync를 부른 쪽에 적용되기 때문에, DispatchQueue를 여러개 두고 테스트를 해봤을때 모두 sync하게 동작하는것을 확인 가능

import UIKit

class ViewController: UIViewController {
  override func viewDidLoad() {
    super.viewDidLoad()
    
    let serialQueue1 = DispatchQueue(label: "serial1")
    serialQueue1.sync {
      sleep(3)
      print("task1 finish")
    }
    
    let serialQueue2 = DispatchQueue(label: "serial2")
    serialQueue2.sync {
      print("call after task1 is done?")
    }
  }
}

/*
task1 finish
call after task1 is done?
*/

• 만약 async로 부르는 경우, main thread에서 async로 인지하여, sleep(3)을 무시하고 두번째 큐가 먼저 실행

class ViewController: UIViewController {
  override func viewDidLoad() {
    super.viewDidLoad()
    
    let serialQueue1 = DispatchQueue(label: "serial1")
    serialQueue1.async {
      sleep(3)
      print("task1 finish")
    }
    
    let serialQueue2 = DispatchQueue(label: "serial2")
    serialQueue2.async {
      print("call after task1 is done?")
    }
  }
}
/*
call after task1 is done?
task1 finish

*/

Serial Queue와 Concurrent Queue

• Serial Queue는 위에서 살펴본대로, Queue에 하나씩 담기고 스레드 하나씩만 관여하는 작업
  (아래 Main Queue에 Task가 두개 쌓여있지만 하나씩 처리되고 있는것)

// main thread > serial queue

class ViewController: UIViewController {
  override func viewDidLoad() {
    super.viewDidLoad()
    
    var a = 1
    a = a + 2
    print(a)
  }
}

serial queue

• Concurrent Queue는 Queue에서 스레드로 작업들을 여러개 동시에 전달

class ViewController: UIViewController {
  override func viewDidLoad() {
    super.viewDidLoad()
    
    let concurrentQueue = DispatchQueue(label: "concurrent", attributes: .concurrent)
    concurrentQueue.async {
      print(1)
    }
    
    concurrentQueue.async {
      print(2)
    }
    
    concurrentQueue.async {
      print(3)
    }
  }
}

/*
 1
 3
 2
 */

concurrent queue

헷갈리기 쉬운 개념

DispatchQueue.sync, DispatchQueue.async의 의미는,
자기 자신 DispatchQueue를 사용하는쪽(메인 스레드)에서 sync 또는 async 하게 처리하라는 의미로 이해할것

• sync, async는 사용하는 쪽의 스레드에 영향
  • 별도의 큐 두개를 준비하고 모두 async로 주면 메인 스레드에서 async로 받아들임 (UI 업데이트 블락 x)
  • 별도의 큐 두개를 준비하고 모두 sync로 주면 메인 스레드에서 sync로 받아들임 (UI 업데이트도 블락 o)

// 별도의 큐 두개를 준비하고 모두 async로 주면 메인 스레드에서 async로 받아들임 (UI 업데이트 블락 x)

let serialQueue1 = DispatchQueue(label: "serial1")
let serialQueue2 = DispatchQueue(label: "serial2")
serialQueue1.async {
  print("job 1")
  sleep(1)
}
serialQueue1.async {
  print("job 2")
}
serialQueue2.async {
  print("job 3")
}
serialQueue2.async {
  print("job 4")
}

/*
job 1
job 3
job 4

(after seconds...)job 2
*/

// 별도의 큐 두개를 준비하고 모두 sync로 주면 메인 스레드에서 sync로 받아들임 (UI 업데이트도 블락 o)

let serialQueue1 = DispatchQueue(label: "serial1")
let serialQueue2 = DispatchQueue(label: "serial2")
serialQueue1.sync {
  print("job 1")
  sleep(1)
}
serialQueue1.sync {
  print("job 2")
}
serialQueue2.sync {
  print("job 3")
}
serialQueue2.sync {
  print("job 4")
}

/*
job 1
(wait...)
job 2
job 3
job 4
*/

serial queue 하나에 async하게 작업을 보내도 순서대로 수행

• async를 사용한다는건 메인 스레드에 async가 적용된다는 의미이므로 해당 queue가 async라는 의미는 x

let serialQueue1 = DispatchQueue(label: "serial1")
serialQueue1.async {
  print("job 1")
}
serialQueue1.async {
  print("job 2")
  sleep(1)
}
serialQueue1.async {
  print("job 3")
}
serialQueue1.async {
  print("job 4")
}

/*
job 1
job 2
(wait...)
job 3
job 4
*/

// 위 코드와 동일
let serialQueue1 = DispatchQueue(label: "serial1")
serialQueue1.async {
  print("job 1")
  print("job 2")
  sleep(1)
  print("job 3")
  print("job 4")
}

DispatchQueue, sync와 async의 우선순위

• 메인 스레드에서 async, sync하게 처리하는 작업이 여러개 존재할 때 우선순위는 async보다 sync가 높음
• async는 결과가 끝나는 것을 기다리지 않고 다음 작업을 수행하여, 다른 작업에도 기능을 수행하여 현재 작업에 100%를 집중하지 않아 sync보다 결과를 늦게 반환하는 경우가 존재

// 짝수는 모두 sync로 한 결과, 홀수보다 짝수 print가 더 빨리 실행되는 결과

let serialQueue1 = DispatchQueue(label: "serial1")
let serialQueue2 = DispatchQueue(label: "serial2")
serialQueue1.async {
  print("job 1")
}
serialQueue2.sync {
  print("job 2")
}
serialQueue1.async {
  print("job 3")
}
serialQueue2.sync {
  print("job 4")
}
serialQueue1.async {
  print("job 5")
}
serialQueue2.sync {
  print("job 6")
}
serialQueue1.async {
  print("job 7")
}
serialQueue2.sync {
  print("job 8")
}

/*
job 2
job 1
job 4
job 6
job 8
job 3
job 5
job 7
*/