GCD-API.md

GCD API 동작 방식과 필요성에 대해 설명하시오.

도움을 받은 글

• GCD (Grand Central Dispatch) - 끄적이는 개발 노트
• GCD에 대해서 알아보기 (DispathQueue) - 마기
• Concurrency Programming Guide - Dispatch Queues - Zedd
• GCD - Dispatch Queue사용법 (1) - Zedd
• Concurrency Programming Guide - DispatchQueue

관련된 답변

• Operation Queue, GCD Queue

Answer

개념

쉽고 편한 멀티 스레딩의 처리를 위해 Apple에서는 두가지 API를 제공한다.

• GCD(Grand Central Dispatch) - C기반의 저수준 API
• NSOperation - Obj-C기반의 고수준 API
  • GCD보다 약간의 오버헤드 발생 및 느린 속도를 갖고 있지만 GCD에서 직접 처리해야하는 작업(KVO관찰, 작업취소 등)을 지원하고 있기에 감수하고 사용할 만 함

그 중에서 GCD에는 DispatchQueue라는 클래스가 존재한다. 그리고 이 클래스는 실제로 해야할 Task를 담아두면 선택된 스레드에서 실행을 해주는 역할을 한다.

DispatchQueue

Serial/Concurrent와 sync/async는 별개의 개념이다

• 종류

  • Serial Dispatch Queue
    • Serial Queue는 등록된 작업을 한번에 하나씩 차례대로 처리
    • 처리중인 작업이 완료되면 다음 작업을 처리
  • Concurrent Dispatch Queue
    • Concurrent Queue는 등록된 작업을 한번에 하나씩 처리 하지 않고 여러 작업들을 동시에 처리

• 메서드

  • sync
    • 동기처리 메서드
    • 큐에 작업을 추가했으면 그게 끝날때까지 “기다리는” 것(세탁기 돌려놓고 다 돌아갈때까지 중지)
  • async
    • 비동기처리 메서드
    • 큐에 작업을 추가한 뒤, 기다리는것도 없고 그냥 다른 작업을 바로 할 수 있는 것(세탁기 돌려놓고 책 읽는 것)

앱 실행시 시스템에서 기본적으로 2개의 Queue를 만들어준다.

let wsQueue = DispatchQueue(label: "ws") 이런식으로 커스텀 큐 생성도 가능하다

• main queue
  • 메인 스레드(UI 스레드)에서 사용 되는 Serial Queue
  • 모든 UI 처리는 메인 스레드에서 처리해야 함
• global queue
  • 편의상 사용할수 있게 만들어 놓은 Concurrent Queue
  • Global Queue는 처리 우선 순위를 위한 qos(Quality of service) 파라미터를 제공
  • 병렬적으로 동시에 처리를 하기때문에 작업 완료의 순서는 정할 수 없지만 우선적으로 일을 처리하게 할 수 있다

동작방식

• Concurrent && sync

  // MARK: - Concurrent && sync
  DispatchQueue.global().sync {
      for i in 1...5 {
              print(i)
          }
          print("==================")
  }
  
  for i in 100...105 {
          print(i)
      }
      print("==================")

  • result

    큐가 Concurrent이긴 하지만 sync이기때문에 순차적으로 실행된다.

    1
    2
    3
    4
    5
    ==================
    100
    101
    102
    103
    104
    105
    ==================

• Serial && sync

  main.sync로 코드를 작성하지 않은 이유?

  // MARK: - Serial && sync
  let wsQueue = DispatchQueue(label: "ws")
  
  wsQueue.sync {
      for i in 1...5 {
              print(i)
          }
          print("==================")
  }
  
  for i in 100...105 {
          print(i)
      }
      print("==================")

  • result

    Concurrent && sync 와 결과가 같다.

    1
    2
    3
    4
    5
    ==================
    100
    101
    102
    103
    104
    105
    ==================

• Concurrent && async

  // MARK: - Concurrent && async
  DispatchQueue.global().async {
      for i in 1...5 {
          print("\(i)🚀")
      }
      print("==================")
  }
  DispatchQueue.global().async {
      for i in 200...205 {
          print("\(i)🥕")
      }
      print("==================")
  }
  
  for i in 100...105 {
      print("\(i)👻")
  }

  • result

    실행시마다 순서는 다르다.
    async이며 큐도 Concurrent이므로 동시다발적으로 코드가 실행된다.

    100👻
    200🥕
    1🚀
    101👻
    201🥕
    2🚀
    102👻
    202🥕
    203🥕
    3🚀
    204🥕
    103👻
    4🚀
    205🥕
    ==================
    5🚀
    ==================
    104👻
    105👻

• Serial && async

  // MARK: - Serial && async
  wsQueue.async {
      for i in 1...5 {
          print("\(i)🚀")
      }
      print("==================")
  }
  wsQueue.async {
      for i in 200...205 {
          print("\(i)🥕")
      }
      print("==================")
  }
  
  for i in 100...105 {
      print("\(i)👻")
  }

  • result

    실행시마다 순서는 다르다.
    async이기 때문에 👻이랑은 같이 나오지만 큐가 Serial이므로 무조건 🚀이 끝나야 🥕이 나온다.

    100👻
    101👻
    102👻
    1🚀
    103👻
    2🚀
    3🚀
    4🚀
    5🚀
    ==================
    104👻
    105👻
    200🥕
    201🥕
    202🥕
    203🥕
    204🥕
    205🥕
    ==================

필요성

• GCD 이전의 멀티 스레딩

  멀티 코어 프로세서에서는 프로그램의 동작을 멀티 프로세서에게 어떻게 잘 배분하는지가 중요하다.
  GCD 이전에는 멀티 스레딩을 위해 Thread와 OperationQueue 등의 클래스를 사용했는데, Thread는 복잡할 뿐만 아니라 임계 구역 (Critical Section) 등을 이용한 Lock을 관리하기 까다로웠다. 그리고 OperationQueue는 GCD에 비해 무겁고 Boilerplate Code들이 많이 필요한 문제가 있었다.

• GCD의 등장

  그래서 Apple은 GCD를 내놓게된다.

  GCD는 멀티 코어 프로세서 시스템에 대한 응용 프로그램 지원을 최적화하기 위해 Apple에서 개발한 기술로, 스레드 관리와 실행에 대한 책임을 애플리케이션 레벨에서 운영체제 레벨로 넘겨버린다. GCD의 작업단위는 Block(Swift에서는 클로져)라고 불리며, DispatchQueue가 이 Block들을 관리한다.

  GCD는 각 애플리케이션에서 생성된 DispatchQueue를 읽는 멀티코어 실행엔진을 가지고 있는데, 이것이 Queue에 등록된 각 작업들을 꺼내서 스레드에 할당해준다. 그렇기 때문에 개발자는 내부 동작을 자세히 알 필요없이 Queue에 작업을 넘기기만 하면 되어서, Thread를 직접 생성하고 관리하는 것에 비해 관리도 용이하고 성능 면에서도 좋은 결과를 얻을 수 있다.

  이것이 GCD가 필요한 이유이다.