Swift AsyncChannel - Async Algorithms로 비동기 프로그래밍 마스터하기

Swift의 AsyncAlgorithms 패키지에 추가된 AsyncChannel을 깊이 탐구하고, 기존 AsyncStream과의 차이점, 백프레셔 관리, 활용 사례를 살펴봅니다.

게시 2025/02/25

By bbdyno

20 분읽는 시간

본 글은 Swift의 비동기 프로그래밍 패러다임에서 새롭게 부상하고 있는 AsyncChannel에 대한 소개와 활용 방법을 정리한 글입니다. Apple에서 오픈 소스로 제공하는 Swift Async Algorithms 패키지 내에 포함된 AsyncChannel은 기존 AsyncStream 혹은 AsyncThrowingStream으로 구현하기 까다로웠던 백프레셔(Backpressure) 관리와 명시적인 finish 호출 등을 간편하게 해준다는 장점이 있습니다.

이 글에서는 AsyncChannel의 기본적인 개념부터 사용법, 그리고 예제 코드까지 살펴보겠습니다.

1. 시작

1.1. Swift에서 비동기 프로그래밍의 중요성

Swift 5.5부터 본격적으로 도입된 async/await는 비동기 프로그래밍을 훨씬 간결하고 안전하게 작성할 수 있도록 해줬습니다. 예전의 completion handler 스타일에서 벗어나 Task 내에서 직관적인 코드 흐름을 유지하면서도 논 블로킹(Non-blocking) 실행이 가능합니다.

1.2. `AsyncSequence`의 등장과 한계

async/await가 제공되면서 Swift는 스트림(Sequence)을 비동기로 처리할 수 있는 AsyncSequence/AsyncIterator 프로토콜을 제공합니다. for await 구문을 통해 직관적인 순회가 가능해졌지만,

백프레셔(Backpressure)를 직접 관리하기 어렵고,
스트림 종료(Finish)를 명시적으로 처리하기 까다로우며,
에러 전파나 특정 이벤트 시 취소(Cancellation) 처리 등에 추가 구현이 필요하다는 단점이 있었습니다.

1.3. `AsyncAlgorithms` 패키지 소개

이러한 고민을 덜어주기 위해 Apple은 Swift Async Algorithms라는 패키지를 오픈 소스로 공개했습니다. 여기에는 다양한 비동기 연산자(merge, zip, chunked, debounce 등)가 포함되어 있으며, 그 중에서도 AsyncChannel은 생산자(Producer)와 소비자(Consumer) 간 데이터 전달을 단순화하면서도 백프레셔를 쉽게 처리할 수 있게 해줍니다.

1.4. `AsyncChannel`의 역할과 기대 효과

명시적 완료(Explicit Finish): 원하는 시점에 finish() 메서드를 통해 스트림을 닫을 수 있습니다.
백프레셔 간편화: 소비자가 처리 속도가 느리면 생산자 쪽 버퍼링 정책을 통해 적절한 제어가 가능합니다.
간결함: 기존 AsyncStream.Continuation을 직접 관리할 필요 없이, AsyncChannel 객체 내부 메서드(send, finish)만 호출하면 됩니다.

2. AsyncChannel 개념 및 구조

2.1. `AsyncChannel`이란?

AsyncChannel<Element>는 비동기 환경에서 안전하게 요소(Element)를 전송하고, 소비자는 이를 for await 문을 통해 순차적으로 받아볼 수 있는 구조를 제공합니다.

  
public struct AsyncChannel<Element>: Sendable {
    // 내부적으로는 채널 버퍼, 상태 등을 관리
}

2.2. 기존 `AsyncStream`과의 차이점

AsyncStream은 AsyncStream.Continuation 객체를 외부에서 소유하고, 이를 통해 yield(), finish() 등의 동작을 수행합니다.
AsyncChannel은 자체적으로 send(), finish() 메서드를 제공하며, Producer와 Consumer 간 데이터 흐름을 더 명시적으로 관리할 수 있게 해줍니다.
백프레셔(Backpressure) 관점에서 AsyncChannel은 소비자의 처리 속도에 맞춰 자동으로 버퍼링 전략을 적용할 수 있습니다.

2.3. 내부 동작 방식

send(_:): 생산자(Producer)가 데이터를 한 건씩 채널에 전송합니다.
finish(): 생산자가 더 이상 보낼 데이터가 없을 때 스트림을 완료합니다.
iterator: AsyncSequence 프로토콜을 준수하기 때문에, for await element in channel 패턴으로 쉽게 요소를 소비할 수 있습니다.

3. AsyncChannel 사용법

3.1. 기본적인 생성 및 사용 예제

가장 간단한 예제는 다음과 같습니다.

  
import SwiftAsyncAlgorithms // Swift Async Algorithms 패키지 임포트

func basicAsyncChannelExample() {
    let channel = AsyncChannel<Int>() // Int형 채널 생성

    Task {
        // Producer Task
        for i in 1...3 {
            await channel.send(i)  // 데이터를 전송
            print("Producer: sent \(i)")
        }
        await channel.finish()     // 더 이상 보낼 데이터가 없으므로 완료
    }

    Task {
        // Consumer Task
        for await value in channel {
            print("Consumer: received \(value)")
        }
        print("Consumer: channel closed")
    }
}

await channel.send(i)를 통해 데이터를 전송하고,
반복문이 끝나면 await channel.finish()로 종료를 알립니다.
다른 Task에서 for await value in channel로 데이터를 소비할 수 있습니다.

3.2. `send(_:)`를 이용한 데이터 전송

send(_:) 메서드는 async 메서드이므로, 반드시 await로 호출해야 합니다. 비동기로 실행되는 다른 Task가 데이터를 소비하는 중이라면, 자동으로 백프레셔 정책에 의해 버퍼링이 조절됩니다.

3.3. `finish()`를 통한 스트림 종료

finish() 호출 시, 더 이상 소비자 쪽에서 새로운 데이터를 받을 수 없습니다. for await 루프는 모든 남은 데이터를 처리한 뒤 종료됩니다.

3.4. `for await`을 활용한 데이터 소비

AsyncSequence 프로토콜을 따르므로, for await element in channel을 통해 생산된 데이터를 순차적으로 꺼내볼 수 있습니다.

4. AsyncStream vs. AsyncChannel 비교

4.1. 공통점

둘 다 AsyncSequence 프로토콜을 준수합니다.
for await ... in ... 구문으로 데이터를 소비합니다.

4.2. `AsyncStream`의 문제점

백프레셔 관리: AsyncStream.Continuation을 사용하면 버퍼링 정책을 직접 설정하거나, 소비자 속도에 맞춰 생산을 제어해야 하는 로직을 구현하기가 까다롭습니다.
수동 종료: AsyncStream에서는 continuation.finish()를 호출해야 하지만, 이를 여러 곳에서 중복 호출하거나 놓칠 위험이 있습니다.
다중 Producer 사용 시 복잡도 증가: 여러 생산자가 동시에 데이터를 전송하려면 Continuation에 대한 동시 접근을 관리해야 합니다.

4.3. `AsyncChannel`의 장점

명확한 인터페이스: AsyncChannel에서는 send()와 finish()라는 명확한 메서드를 통해 생산-소비 흐름을 구성합니다.
백프레셔 처리: AsyncChannel 생성 시 bufferingPolicy를 지정할 수 있어, 생산자가 너무 많은 데이터를 밀어넣을 때 자동으로 제어가 가능합니다.
여러 Producer 동시 사용 가능: 여러 개의 Task가 동시에 await channel.send(...)를 호출해도, 내부적으로 안전하게 직렬화되어 처리됩니다.

4.4. 사용 사례별 선택 기준

간단한 이벤트 스트림: AsyncStream으로 충분함
백프레셔가 중요한 네트워크 스트림: AsyncChannel이 훨씬 편리함
다중 Producer/Consumer가 복잡하게 얽힌 경우: AsyncChannel 추천함

5. 다양한 활용 예제

5.1. 네트워크 요청 처리

여러 개의 네트워크 요청이 동시에 발생하고, 이를 순차적으로 소비하거나, 혹은 특정 버퍼링 정책을 두고 싶을 때 AsyncChannel을 활용할 수 있습니다.

  
struct NetworkResponse {
    let data: Data
}

func fetchData(from url: URL) async throws -> Data {
    // 단순 예시: 비동기로 URLSession 사용
    let (data, _) = try await URLSession.shared.data(from: url)
    return data
}

func networkChannelExample(urls: [URL]) {
    let channel = AsyncChannel<NetworkResponse>(bufferingPolicy: .bufferingNewest(5))
    
    // 여러 Producer Task
    for url in urls {
        Task {
            do {
                let data = try await fetchData(from: url)
                await channel.send(NetworkResponse(data: data))
            } catch {
                // 에러 발생 시 finish를 호출하거나, 로깅만 하고 넘어갈 수도 있음
                await channel.finish()
            }
        }
    }
    
    // Consumer Task
    Task {
        for await response in channel {
            // 받아온 Data 처리
            print("Received data size: \(response.data.count)")
        }
        print("All network responses processed.")
    }
}

bufferingPolicy: .bufferingNewest(5)를 지정하여, 버퍼가 5개를 초과하면 가장 오래된 데이터를 버리는 식으로 백프레셔를 관리할 수 있습니다.

5.2. UI 이벤트 핸들링

사용자 인터랙션이 빈번하게 발생하는 UI 환경에서는, 이벤트 스트림을 AsyncChannel로 관리하여 백그라운드 작업으로 보낼 수 있습니다.
(단, SwiftUI나 UIKit 환경에 맞게 적절히 스레드 처리를 해줘야 합니다.)

5.3. 데이터 파이프라인 구현

프로듀서가 데이터를 생성하고, 여러 개의 변환 단계를 거쳐 최종 컨슈머로 전달되는 파이프라인을 구성할 때도 유용합니다. 각 단계마다 AsyncChannel을 통해 데이터가 넘어가며, 필요 시 버퍼링 정책을 적용해 과부하를 방지할 수 있습니다.

5.4. 비동기 작업 간 데이터 공유

서로 다른 비동기 작업(Task)들이 특정 데이터(로그, 메시지 등)를 공유해야 한다면, AsyncChannel을 사용해 안전하게 주고받을 수 있습니다.

6. 백프레셔(Backpressure) 관리

6.1. `AsyncChannel`에서 백프레셔를 어떻게 해결하는가?

AsyncChannel은 생성 시점에 bufferingPolicy를 설정할 수 있습니다. 기본값은 .unbounded이지만, .bufferingOldest(_:), .bufferingNewest(_:) 등을 사용하면 버퍼 크기를 제한하고, 초과분에 대해서는 버리는 정책을 취할 수 있습니다.

  
let channel = AsyncChannel<Int>(bufferingPolicy: .bufferingNewest(10))

.bufferingNewest(10): 버퍼가 10개를 초과하면 가장 오래된 요소를 버립니다.
.bufferingOldest(10): 버퍼가 10개를 초과하면 가장 최신에 들어온 요소를 무시합니다.
.unbounded: 제한 없이 무한정 버퍼링합니다(메모리 주의).

6.2. 버퍼링 전략

적절한 버퍼 사이즈를 설정하면, 소비자가 처리를 충분히 따라잡을 수 없을 때에도 시스템 전체가 과부하에 빠지지 않도록 제어할 수 있습니다.

7. Error Handling 및 Cancellation

7.1. `AsyncChannel`에서 에러를 처리하는 방법

AsyncChannel 자체는 에러 타입을 따로 지정하지 않습니다. 따라서, 아래와 같은 방법을 사용할 수 있습니다.

finish() 호출 전 예외 처리를 따로 진행: 예를 들어, 네트워크 요청에서 에러가 발생하면 해당 에러를 로깅 후 finish()를 통해 채널을 종료.
커스텀 래퍼를 만들어 요소에 에러 정보를 포함: 에러 발생 시 특정 에러 객체를 send()할 수도 있습니다.

  
func errorHandlingExample(channel: AsyncChannel<Result<Int, Error>>) {
    Task {
        do {
            // 생산 중 예외
            throw URLError(.badURL)
        } catch {
            await channel.send(.failure(error))
            await channel.finish()
        }
    }
    
    Task {
        for await result in channel {
            switch result {
            case .success(let value):
                print("Got value: \(value)")
            case .failure(let error):
                print("Error occurred: \(error)")
            }
        }
    }
}

7.2. 채널 취소(`Task.cancel()`) 시의 동작 방식

Consumer 측에서 Task.cancel()을 호출하면, for await 루프가 즉시 종료됩니다.
Producer 측에서 계속 send()를 시도하더라도, 이미 취소된 Task의 경우 데이터를 소비하지 않습니다.
취소 후 추가적인 finish() 호출이 발생해도, 채널 전체가 이미 소멸 과정에 들어가므로 큰 문제가 생기지 않습니다.

8. 성능 및 최적화 팁

8.1. `AsyncChannel`을 사용할 때 성능적으로 고려해야 할 사항

버퍼 크기: 필요 이상으로 큰 버퍼를 두면 메모리 사용량이 급증할 수 있습니다.
이벤트 빈도: send()와 for await 간의 상호작용이 너무 잦으면 오버헤드가 발생할 수 있으므로, 적절히 debounce나 throttle 등을 적용할 수 있습니다. (Swift Async Algorithms에는 debounce, throttle 같은 연산자도 있습니다.)

8.2. 메모리 관리 및 리소스 해제

모든 Producer와 Consumer Task가 종료되면, channel 객체도 더 이상 참조가 없어서 해제됩니다.
Producer 쪽에서 오랫동안 Task가 살아있어 불필요하게 send()를 반복하지 않도록 주의가 필요합니다.

8.3. 코루틴과 `Task` 최적화 기법

너무 많은 Task를 생성하기보다는 적절한 수준에서 Task를 재활용(Actor 등을 통한 분산)하거나, Task 그룹(TaskGroup)을 활용할 수도 있습니다.

9. 마무리

AsyncChannel은 Swift에서 비동기 스트림을 다룰 때 생기는 여러 문제점(특히 백프레셔 관리와 명시적인 완료 처리)을 우아하게 해결해주는 툴입니다. AsyncStream에 비해 약간의 러닝 커브가 있을 수 있지만, 대규모 비동기 시스템을 구축하거나, 다중 Producer/Consumer 환경을 고려한다면 AsyncChannel이 제공하는 간결함과 안전성은 매우 매력적입니다.

Apple이 오픈 소스로 제공하는 Swift Async Algorithms은 지속적으로 발전하고 있으며, 앞으로 Swift의 표준 라이브러리 일부로 편입될 가능성도 열려 있습니다. 백프레셔나 다중 Task 간 데이터 교환 등 비동기 프로그래밍에서 빈번히 마주치는 문제를 효과적으로 해결하고 싶다면, AsyncChannel을 포함한 AsyncAlgorithms 패키지를 적극적으로 활용해 보세요.

10. 참고 자료

이상으로 Swift의 AsyncChannel에 대한 개념 정리와 예제 코드를 살펴봤습니다. 비동기 프로그래밍에서 흔히 부딪히는 백프레셔 문제나 명시적 완결 처리의 까다로움을 해결하기 위해, AsyncChannel이 훌륭한 대안이 될 수 있습니다. 팀 내에서 생산자-소비자 구조가 필요하거나, 비동기 데이터 스트림을 효율적으로 관리하고 싶다면 꼭 한 번 시도해 보시길 바랍니다!

Programming Language, Swift

1. 시작

1.1. Swift에서 비동기 프로그래밍의 중요성

1.2. AsyncSequence의 등장과 한계

1.3. AsyncAlgorithms 패키지 소개

1.4. AsyncChannel의 역할과 기대 효과