Swift Concurrency 완전 대응 해설서

Swift 공식 Concurrency 챕터의 흐름을 빠짐없이 따라가며, 각 개념을 실무 관점으로 쉽게 풀어쓴 학습 문서다.

원문 링크: The Swift Programming Language - Concurrency

1) Concurrency 개요

• 비동기(async): 실행을 중단/재개하며 한 시점에는 한 코드 조각이 진행된다.
• 병렬(parallel): 여러 코드 조각이 동시에 실행된다.
• 실무에서 둘은 함께 쓰이며, Swift 문맥에서는 이 결합을 concurrency로 부른다.
• 복잡도 비용: 실행 순서 비결정성, 공유 가변 상태 경쟁(data race) 위험.

2) async/await 기본

• 함수 선언에 `async`를 붙여 중단 가능한 함수로 만든다.
• 호출 시 `await`를 붙여 중단 가능 지점을 명시한다.
• `async throws` 함수는 호출 시 `try await`를 함께 사용한다.
• 중단은 암묵적으로 일어나지 않고, `await`로 표시된 지점에서만 일어난다.

func listPhotos(inGallery name: String) async -> [String] { ... }
let names = await listPhotos(inGallery: "Summer Vacation")

3) 실행 순서 이해 (중단/재개)

• `await`에서 현재 작업은 멈추고, 같은 프로세스의 다른 동시 코드가 실행 기회를 얻는다.
• 동기 코드 라인에는 중단점이 없으므로 순차 실행된다.
• 다음 `await`에서 다시 중단/재개가 가능하다.

4) async를 호출할 수 있는 위치

• async 함수/메서드/프로퍼티 본문
• `@main` 타입의 static `main()`
• 비구조적 child task 내부

중요: 동기 코드에서 async를 안전하게 감싸 "기다리는" 범용 우회는 제공되지 않는다(교착/경쟁 위험).

5) Task.sleep과 학습용 지연

`Task.sleep(for:tolerance:clock:)`은 현재 task를 일정 시간 중단해 concurrency 동작을 학습/시뮬레이션할 때 유용하다.

func listPhotos(inGallery name: String) async throws -> [String] {
    try await Task.sleep(for: .seconds(2))
    return ["IMG001", "IMG99", "IMG0404"]
}

6) Asynchronous Sequences

• `for await in`은 각 반복 시작점마다 다음 요소를 기다리며 중단될 수 있다.
• 커스텀 타입은 `AsyncSequence` 준수로 동일 패턴을 제공할 수 있다.

for try await line in handle.bytes.lines {
    print(line)
}

7) 병렬 호출: await 순차 vs async let 병렬

async let a = downloadPhoto(named: photoNames[0])
async let b = downloadPhoto(named: photoNames[1])
let photos = await [a, b]

8) Tasks와 TaskGroup

• task는 비동기 작업 단위, 여러 task는 동시 스케줄링 가능.
• `withTaskGroup`은 동적 개수 child task를 안전하게 관리.
• 구조적 동시성 이점: child 완료 대기 강제, 우선순위 전파, 취소 전파, task-local 전파.

let photos = await withTaskGroup(of: Data.self) { group in
    for name in photoNames { group.addTask { await downloadPhoto(named: name) } }
    var results: [Data] = []
    for await p in group { results.append(p) }
    return results
}

9) Task Cancellation

• Swift 취소는 협력적 모델이다. task가 스스로 확인하고 반응해야 한다.
• 반응 방식: 에러 throw, nil/빈 결과 반환, 부분 완료 결과 반환.
• `Task.checkCancellation()`은 throw 기반 단순 경로, `Task.isCancelled`는 정리 로직 포함 유연 경로.
• `addTaskUnlessCancelled`로 취소 후 신규 작업 시작을 막을 수 있다.

10) Unstructured Concurrency

• `Task { ... }`: 주변 컨텍스트(격리/우선순위/task-local) 상속.
• `Task.detached { ... }`: 컨텍스트 비상속, 독립성 높음(관리 책임 증가).
• 핸들을 통해 `await handle.value`, `handle.cancel()` 같은 제어 가능.

11) Isolation 개요

• 불변 데이터는 항상 안전.
• 현재 task만 참조하는 로컬 가변 데이터는 안전.
• actor로 보호된 데이터는 actor 격리 규칙 아래 안전.

12) Main Actor

• UI 상태 보호의 핵심 actor. UI 업데이트는 MainActor 경계 안에서 수행.
• `@MainActor`를 함수/클로저/타입/프로퍼티 단위로 붙여 격리를 강제.
• 메인 actor와 메인 thread는 밀접하지만 동일 개념은 아니다.

@MainActor
func show(_ photo: Data) { ... }

func downloadAndShowPhoto(named name: String) async {
    let photo = await downloadPhoto(named: name)
    await show(photo)
}

13) Actors

• actor는 참조 타입이며, 가변 상태 접근을 한 번에 한 task로 직렬화한다.
• actor 외부에서 접근 시 `await`가 필요하다(잠재 중단점).
• actor 내부 동기 메서드에 `await`가 없으면 중간 끼어들기가 없어 임시 불변식 깨짐 노출을 막는다.

actor TemperatureLogger {
    var measurements: [Int]
    private(set) var max: Int
    ...
}

14) Global Actors

• MainActor는 전역 단일 actor 예시.
• `@globalActor`로 사용자 정의 글로벌 actor를 만들 수 있다.
• 타입/프로토콜에 붙여 전역 격리 정책을 일관되게 적용한다.

15) Sendable Types

• 동시성 도메인 간 안전 전달 가능한 타입이 Sendable.
• 값 타입(구성원이 Sendable) / 불변 상태 타입 / 내부 동기화 보장 타입이 일반 경로.
• 위험 타입은 Sendable 비허용으로 명시해 암묵 준수를 막을 수 있다.

struct TemperatureReading: Sendable {
    var measurement: Int
}

@available(*, unavailable)
extension FileDescriptor: Sendable {}

실무 체크리스트

• top-down 전환: 상위 레이어부터 async화하고 아래로 내려간다.
• 취소/재시도/타임아웃 정책을 코드 경계마다 명시한다.
• MainActor 경계를 좁게 유지하고 무거운 일은 백그라운드로 분리한다.
• 공유 가변 상태는 actor 또는 명시적 직렬화로 보호한다.
• before/after를 Time Profiler, Core Animation, Allocations로 검증한다.

실습 프로젝트 (컴파일/런타임 재현)

• 경로: `examples/swift-concurrency-race-lab`
• 패키지 파일: ../examples/swift-concurrency-race-lab/Package.swift
• 가이드: ../examples/swift-concurrency-race-lab/README.md
• 컴파일 단계 재현 코드: CompileTimeRaceDemo/main.swift
• 런타임 레이스 재현 코드: RuntimeRaceDemo/main.swift

Q