Actor (1) - Data Race와 Actor가 필요한 이유

Why This Work Exists

동시성 코드에서 가장 근본적인 문제 중 하나는 data race다. 이 문서는 “값 타입을 쓰면 끝인가?”, “왜 actor가 필요한가?”를 분리해서 이해하기 위해 만든 1편이다.

Scope / Non-scope

• data race의 원인과 shared mutable state를 설명한다.
• value semantics와 `let`이 왜 도움이 되는지 정리한다.
• 값 타입만으로 해결되지 않는 경우 actor가 왜 필요한지 설명한다.
• Actor isolation의 상세 규칙과 `nonisolated`는 2편 이후로 넘긴다.

As-is

흔한 오해는 `struct`만 쓰면 data race가 자동으로 사라진다는 생각이다. 하지만 값 타입이라도 mutable하게 공유하면 여전히 data race는 발생할 수 있다.

To-be

더 정확한 표현은 이렇다. 값 타입과 `let`은 shared mutable state를 줄이는 데 유리하지만, 공유하면서 변경해야 하는 상태가 남아 있다면 actor 같은 동기화 수단이 필요하다.

API / Data Contract

• `value semantic`은 타입의 성질이고, `let`은 사용 방식이다.
• `value semantic 타입 + let` 조합은 concurrent access에서 특히 안전하다.
• `value semantic 타입 + var shared mutation`은 여전히 data race 가능성이 있다.
• Actor는 shared mutable state를 동기화된 방식으로 접근하게 만든다.

Risks And Decisions Needed

• `let이 value semantic 타입이다`라고 쓰면 안 된다. `let`은 타입이 아니라 상수 선언 키워드다.
• `struct면 안전하다`라고 단정하면 안 된다. `var`로 공유하면 여전히 위험하다.
• Actor는 모든 동시성 문제를 자동 해결하는 도구가 아니라, shared mutable state 동기화에 초점이 있다.

Class Diagram

Sequence Diagram

Detailed Reading

글의 출발점은 간단하다. 여러 스레드가 동시에 같은 데이터에 접근하고, 그중 하나 이상이 write라면 data race가 난다. 이 문제를 줄이려면 데이터가 변경되지 않거나, 애초에 공유되지 않게 만들어야 한다.

그래서 value semantics가 중요하다. 값 타입은 복사처럼 동작하므로 공유 mutable state를 줄이는 방향으로 설계하기 쉽다. 특히 `let`으로 두면 변경 자체가 막히므로 concurrent access에 더 안전하다.

하지만 여기서 끝이 아니다. `struct`라도 `var`로 공유하며 동시에 수정하면 여전히 data race가 발생할 수 있다. 결국 공유 mutable state가 비즈니스적으로 필요하다면, 그때는 lock이나 serial queue 같은 수동 동기화 대신 actor를 고려하게 된다.

Concrete Example

class Counter {
    var count: Int = 0

    func increment() {
        self.count += 1
    }
}

위 클래스는 여러 스레드에서 동시에 `increment()`를 호출하면 data race가 발생할 수 있다.

struct Counter {
    var count: Int = 0

    mutating func increment() {
        self.count += 1
    }
}

struct로 바꾸면 value semantics를 활용하기 쉬워지지만, `let`이면 mutating을 못 하고 `var`로 공유하면 다시 race 가능성이 생긴다.

Why Actor Enters

Actor는 shared mutable state를 표현하기 위한 Swift의 동기화 메커니즘이다. Actor 외부에서는 actor의 상태에 직접 난입하는 대신, actor를 통해서만 접근한다. 그 과정에서 Swift가 한 번에 하나의 작업만 mutable state에 접근하도록 보장한다.

actor Counter {
    var count: Int = 0

    func increment() {
        self.count += 1
    }
}

이 문서 단계에서는 “왜 actor가 필요한가”까지만 정리한다. 외부에서 왜 `await`와 함께 쓰게 되는지는 다음 편에서 더 자세히 다룬다.

Document Conclusion

• data race를 피하려면 shared mutable state를 줄이는 것이 우선이다.
• 값 타입과 `let`은 이 목적에 유리하다.
• 하지만 공유하면서 변경해야 하는 상태가 남으면 value semantics만으로는 부족하다.
• 그때 actor가 언어 차원의 보장과 함께 들어온다.

QA Checklist

• `struct면 무조건 안전`이라고 쓰지 않았는지 확인한다.
• `let`과 `value semantic`을 같은 개념처럼 쓰지 않았는지 확인한다.
• Actor의 역할을 `shared mutable state 동기화`로 정확히 설명했는지 확인한다.
• 다음 편에서 다룰 내용과 이번 편 범위를 분리했는지 확인한다.

Operations / Rollout Checklist

• 이 문서는 Actor 시리즈 1편으로 유지한다.
• 2편에서는 actor isolation, 외부 접근 시 `await`, `nonisolated`를 이어서 정리한다.
• 인덱스 HTML에 시리즈로 계속 연결한다.