[22장] C#에서의 비동기 프로그래밍과 async/await 키워드의 활용

C#에서의 비동기 프로그래밍과 async/await 키워드의 활용

서론

C#은 다중 스레딩과 동시성 프로그래밍을 위한 다양한 기능을 제공합니다. 이 중에서도 가장 일반적으로 사용되는 기법은 비동기 프로그래밍과 async/await 키워드입니다. 이를 활용하면 프로그램의 반응성과 성능을 향상시킬 수 있습니다.

비동기 프로그래밍의 필요성

과거에는 개인 컴퓨터의 CPU에는 하나의 연산 코어만 존재했고, 연산 코어의 성능이 주요한 관심사였습니다. 하지만 최근에는 멀티코어 CPU가 일반적으로 사용되고 있으며, 여러 개의 연산 코어를 효율적으로 활용하는 것이 중요해졌습니다. 또한, 배터리 절약을 위해 특정 시간에 필요한 프로그램만 실행하는 등의 효율적인 프로그래밍이 필요합니다.

async/await 키워드의 활용

C#에서는 async/await 키워드를 사용하여 비동기 프로그래밍을 할 수 있습니다. 이를 통해 비동기 작업을 동기적인 코드와 같은 구조로 작성할 수 있습니다. async 키워드는 메서드를 비동기 메서드로 선언하고, await 키워드는 비동기 작업의 완료를 기다리는 역할을 합니다. 이를 통해 UI 스레드의 블로킹을 방지하고, 사용자에게 더 나은 사용 경험을 제공할 수 있습니다.

C#에서 asyncawait 키워드는 비동기 프로그래밍을 간소화하기 위해 사용됩니다. 이들을 사용하여 비동기적으로 작동하는 메서드를 쉽게 작성하고 호출할 수 있습니다. 다음은 간단한 HTTP 요청을 비동기적으로 처리하는 C# 예제 코드입니다.

using System;
using System.Net.Http;
using System.Threading.Tasks;

class Program
{
    static async Task Main(string[] args)
    {
        var url = "https://api.example.com/data";
        try
        {
            string result = await FetchDataAsync(url);
            Console.WriteLine(result);
        }
        catch (Exception ex)
        {
            Console.WriteLine($"Error: {ex.Message}");
        }
    }

    static async Task<string> FetchDataAsync(string url)
    {
        using (HttpClient client = new HttpClient())
        {
            HttpResponseMessage response = await client.GetAsync(url);
            if (response.IsSuccessStatusCode)
            {
                string content = await response.Content.ReadAsStringAsync();
                return content;
            }
            else
            {
                throw new Exception($"Error: {response.StatusCode}");
            }
        }
    }
}

이 코드에서 FetchDataAsync 메서드는 async로 표시되어 있으며, 이는 해당 메서드가 비동기적으로 작동한다는 것을 의미합니다. await 키워드는 GetAsyncReadAsStringAsync 메서드 호출의 결과가 준비될 때까지 메서드 실행을 일시적으로 멈추게 합니다. 결과가 준비되면, 함수 실행이 계속되어 응답 내용이 반환됩니다.

이 예제에서는 HttpClient 클래스를 사용하여 HTTP 요청을 보내고 응답을 받습니다. await를 사용하면 비동기 네트워크 작업이 완료될 때까지 기다릴 수 있으며, 이를 통해 코드를 좀 더 읽기 쉽고 동기적으로 보이는 방식으로 작성할 수 있습니다.

병렬 처리 프로그래밍

C#에서는 ThreadPool과 Parallel 클래스를 사용하여 쓰레드 풀을 관리하고 병렬 처리를 할 수 있습니다. ThreadPool은 쓰레드 풀을 관리하는 데 사용되며, Parallel 클래스는 병렬 처리 작업을 지원하는 다양한 기능을 제공합니다. 이를 통해 CPU의 다중 코어를 효율적으로 활용하여 작업을 동시에 처리할 수 있습니다.

C#에서 ThreadPoolParallel 클래스는 쓰레드 풀을 관리하고 병렬 작업을 수행하는 데 사용됩니다. ThreadPool은 저수준의 쓰레드 관리를 제공하며, Parallel 클래스는 고수준의 병렬 처리를 위해 사용됩니다. 다음은 이 두 클래스를 사용하는 예제 코드입니다.

ThreadPool 사용 예제

ThreadPool을 사용하여 비동기 작업을 수행하는 간단한 예제입니다. 여기서는 QueueUserWorkItem 메서드를 사용하여 쓰레드 풀의 쓰레드에 작업을 할당합니다.

using System;
using System.Threading;

class ThreadPoolExample
{
    static void Main()
    {
        ThreadPool.QueueUserWorkItem(WorkItemMethod, "Hello from the ThreadPool");

        Console.WriteLine("Main thread does some work, then sleeps.");
        Thread.Sleep(1000);

        Console.WriteLine("Main thread exits.");
    }

    static void WorkItemMethod(object state)
    {
        Console.WriteLine($"{state} - Working on a thread from threadpool");
    }
}

Parallel 사용 예제

Parallel 클래스를 사용하여 병렬 루프를 실행하는 예제입니다. 이 예제에서는 Parallel.ForParallel.ForEach를 사용하여 병렬로 루프를 실행합니다.

using System;
using System.Threading.Tasks;

class ParallelExample
{
    static void Main()
    {
        // Parallel.For 예제
        Parallel.For(0, 10, i =>
        {
            Console.WriteLine($"Parallel.For iteration {i} started.");
        });

        // Parallel.ForEach 예제
        var data = new[] { "apple", "orange", "banana", "grape" };
        Parallel.ForEach(data, fruit =>
        {
            Console.WriteLine($"Processing {fruit}");
        });
    }
}

이 코드에서 Parallel.For는 지정된 범위에 대해 병렬 루프를 실행하고, Parallel.ForEach는 컬렉션의 각 항목에 대해 병렬 루프를 실행합니다. 이러한 방식으로 복잡한 작업을 병렬로 나누어 처리 속도를 향상시킬 수 있습니다.

동시성 컬렉션

C#에서는 ConcurrentDictionary와 ConcurrentQueue 등의 동시성 컬렉션을 제공하여 여러 쓰레드에서 안전하게 데이터를 처리할 수 있습니다. 이를 통해 동시에 여러 작업을 처리하는 환경에서 안전하고 효율적으로 데이터를 관리할 수 있습니다.

취소 기능과 리소스 제한

C#에서는 CancellationToken을 사용하여 작업을 취소할 수 있으며, SemaphoreSlim 클래스를 사용하여 동시에 접근할 수 있는 리소스의 개수를 제한할 수 있습니다. 이를 통해 작업의 취소와 리소스의 안전한 사용을 관리할 수 있습니다.

결론

C#에서의 비동기 프로그래밍과 async/await 키워드의 활용에 대해 알아보았습니다. 비동기 프로그래밍은 프로그램의 반응성과 성능을 향상시킬 수 있는 중요한 기법입니다. async/await 키워드를 적절히 활용하고, 병렬 처리와 동시성 컬렉션을 사용하여 효율적인 프로그램을 개발하는데 도움이 될 것입니다.

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출처: Alexis Caso

# 이미지는 C# 비동기 프로그래밍과 관련된 적절한 이미지를 삽입합니다.

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