[iOS] GCD (Grand Central Dispatch) 란? (feat. main & global dispatch queue)

안녕하세요. 오늘은 iOS의 동시성 프로그래밍에 자주 사용하는 GCD 에 대해서 공부하겠습니다🐶

 

그럼 시작해볼게요🥳

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GCD

GCD 는 iOS 에서 멀티코어 프로세서에 코드를 동시에 실행시키게 해주는 프레임워크입니다.

:: 그리고 macOS, watchOS, tvOS 에서도 사용합니다.

 

GCD 에서는 하나의 작업단위인 Task 를 Dispatch Queue 에 전달하기만 하면 나머지는 시스템이 알아서 처리하고 실행시켜 줍니다.

 

Task 의 단위는 블록이나, DispatchWorkItem 의 인스턴스 형태로 존재합니다.

:: 블록은 `{ }` 로 감싸진 실행 코드

 

BSD 하위 시스템이나, Core Foundation, Cocoa API들은 이 프레임워크를 사용함으로서 시스템과 애플리케이션의 실행속도, 효율성 그리고 반응성을 향상시켰습니다.

 

애플리케이션이 수행되는 실행 환경 ( 프로세서의 코어 수) 도 제각각이고, 동시에 실행 중인 다른 어플리케이션과 자원 경쟁을 해야하기 때문에, 하나의 어플리케이션이 다수의 코어를 효율적으로 사용하는것은 정말 어려운 작업입니다🙄

 

하지만 시스템 레벨에서 구동되는 GCD 를 사용하면, 현재 구동 중인 모든 어플리케이션의 요구사항을 쉽고 더 잘 충족시킬수 있습니다.

GCD 는 적절하고 균형있게 가용한 시스템 자원을 어플리케이션에 분배하기 때문입니다.

 

요약:  GCD 에 Task 만 전달하면 알아서 쓰레드 배정을 해서  실행시켜준다. 🍯

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GCD 에서 Queue 는 FIFO 형태이며, GCD 는 Queue 에 전달된 Task 에 쓰레드를 Queue 의 특성에 맞게 배정합니다.

 

DispatchQueue 클래스에서 Task 를 전달시킬 Queue 를 기본적으로 두 종류 관리합니다.

 

DispatchQueue 는 메인 쓰레드나 백그라운드 쓰레드에서 Task 를 순차적으로 ( serially ) 혹은 동시에 (concurrently) 실행시키는 오브젝트 입니다.

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Main queue (메인 큐)

 

그 중 하나는 Main queue 로서 구동되는 프로세스(= 앱)의 메인 쓰레드와 관련된 dispatch queue 입니다.

 

💡 Main queue 에 전달된 Task 는 항상 Main Thread 에 의해 수행됩니다.

공식문서에서 찾은 근거

이 부분에서 논리적 오류에 빠질수도 있는데, global queue 에 전달된 task 도 메인쓰레드에서 실행될 수 있습니다.

:: 이 상황은 sync라는 메서드의 성능 최적화 때문인데, 상황 판단은 GCD 가 합니다.

 

 

Main queue는 타입속성 main 으로  접근할 수 있으며 Serial Queue 입니다.

 

즉 하나의 Task 가 반환(완료) 되어야 그 다음 순서의 Task 를 실행시킵니다.

// 메인 큐에 동기 방식으로 블록을 전달하는 코드
DispatchQueue.main.sync {
  print("Hello, world!")
}

// 메인 큐에 비동기 방식으로 블록을 전달하는 코드
DispatchQueue.main.async {
  print("Hello, world!")
}

 

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이 부분을 공부하면서 정말 헷갈리는 점

바로 시리얼 큐에 동기/ 비동기 방식으로 Task 를 추가하는 것이 모두 가능하다는 것을 이해하는 것이 어려웠습니다.

 

시리얼 큐는 먼저 들어온 Task 를 먼저 수행해서 반환한 다음 Task 를 수행한다는 것을 나타냅니다.

 

동기 방식은 Task의 수행이 완료되기 전까지 타겟 큐에 락을 거는 (블락하는) 것 입니다.

 

동기는 critical section 에 대한 진입을 독점함으로서 Race Condition 을 방지하는 것이 그 첫번째 목적이기 때문입니다.

:: 반면에 비동기 방식은 Task의 수행 완료를 기다리지 않고 호출 즉시 반환됩니다.

 

그래서 메인큐에 이미 수행 중인 블락이있는 상태에서 DispatchQueu.main.sync { } 을 호출하여 Task 를 전달하면, Deadlock 이 발생합니다.

 

반대로 수행 중인 Task 가 없다면, 동기로 전달해도 문제가 없습니다.

 

위 경우에 대한 예시는 따로 글을 작성하여 게시하겠습니다😎

 

관련 글: [iOS] DispatchQueue.main.sync { } 는 어떻게 작동할까?

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Global queue (글로벌 큐)

Task 를 Qos 수준을 지정한 Global dispatch queue 에 추가하면,  GCD 는 쓰레드 풀에서 가용한 백그라운드 쓰레드에 Task 를 할당 합니다.

 

Global queue 에 추가된 Task 들은 concurrently 하게 수행됩니다.

:: Main queue 는 serially

 

수행시간이 오래걸리는 작업들은 반드시 메인 큐가 아닌 백그라운드 쓰레드를 사용하는 큐에서 실행시켜야합니다.

:: 네트워크, 파일 처리 등

// 글로벌 큐에 동기 방식으로 블록을 전달하는 코드
DispatchQueue.global().sync {
  print("Hello, Global queue!")
}

// 글로버 큐에 비동기 방식으로 블록을 전달하는 코드
DispatchQueue.global().async {
  print("Hello, Global queue!")
}

 

 

위 사진은 XCode의 Degug Navigatior 에서 Process view 부분을 캡처한 사진입니다.

 

위와 같은 경우에서 Global queue에 Task를 추가한다면, GCD는 Thread 1 (메인 쓰레드) 를 제외한 가용한 백그라운드 쓰레드 (Thread 2, 4, 8) 에  Task 를 할당합니다.

 

이 쓰레드의 개수는 앱 실행 시점에 따라 다릅니다.

 

 

 

추가적으로 리마인드 하기

동기적으로 Task 가 전달되면 전달 즉시 실행을 시도한다. ( 시도한다? 실패하는 경우도 있기 때문 )

전달된 Task 가 실행되어 반환될 때까지 타겟 큐 내의 모든 Task 의 실행을 멈춘다. ( = 쓰레드 배정 중지)

 

비동기적으로 Task 가 전달되면 Task 의 실행시점은 GCD 가 결정한다.

 

위 두 가지 사실을 Serial Queue 와 Concurrent Queue에 적용해보고, 어떻게 작동할지 생각해보시기 바랍니다.

 

sync 메서드는 가능한 경우 전달된 Task 를 현재 실행 중인 쓰레드에서 실행한다.

예를 들어 DispatchQueue.global().sync { } 를 전달하면 가능한 경우 Main Thread 에서도 실행될 수 있습니다.

 

Main Thread 에서 global의 concurrent queue가 실행되는 모습

 

 

 

끝!

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iOS를 공부하면서 배운 내용을 기록하고 있습니다.

 

 

참고 자료: https://developer.apple.com/documentation/dispatch?changes=latest_minor

참고 자료: https://developer.apple.com/documentation/dispatch/dispatchqueue?changes=latest_minor