C#에서 비동기 프로그래밍과 async/await

비동기 프로그래밍은 긴 시간 동안 실행되는 작업을 수행하면서 애플리케이션의 응답성을 유지하기 위해 매우 중요합니다. 특히 네트워크 통신, 파일 입출력(IO), 데이터베이스 접근 등 시간이 오래 걸릴 수 있는 작업을 처리할 때 비동기 프로그래밍은 필수적입니다. C#에서는 async/await 키워드를 통해 비동기 프로그래밍을 보다 쉽게 구현할 수 있습니다. 이번 글에서는 C#에서 비동기 프로그래밍의 필요성과 async/await의 작동 원리, 그리고 이를 활용한 실용적인 코드 작성법에 대해 알아보겠습니다.

 

1. 비동기 프로그래밍이란 ?

비동기 프로그래밍은 시간이 오래 걸릴 수 있는 작업을 다른 작업과 병렬로 처리하여, 프로그램의 응답성을 유지하고 자원을 효율적으로 사용하는 프로그래밍 기법입니다. 동기 프로그래밍에서는 모든 작업이 순차적으로 처리되므로 하나의 작업이 완료될 때까지 다음 작업을 대기해야 하지만, 비동기 프로그래밍을 사용하면 시간이 오래 걸리는 작업을 기다리지 않고 다른 작업을 수행할 수 있습니다.

예를 들어, 사용자 인터페이스(UI)에서 버튼을 클릭하여 데이터를 서버에 받아오는 작업을 동기적으로 수행할 경우, 데이터가 전부 다운로드될 때까지 UI가 멈춰서 사용자는 애플리케이션이 멈춘 것으로 인식할 수 있습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 비동기 프로그래밍이 사용됩니다.

 

2. async와 await 란?

async와 await는 C#에서 비동기 작업을 쉽게 표현하기 위해 도입된 키워드입니다. 이 두 키워드를 사용하면 복잡한 비동기 작업을 직관적으로 표현할 수 있습니다.

• async : 메서드가 비동기적으로 실행됨을 나타내는 키워드입니다. async 키워드는 메서드 정의에 붙으며, 메서드 내에서 await 키워드를 사용하여 비동기 작업을 호출할 수 있음을 나타냅니다.
• await : 비동기 작업이 완료될 때까지 기다리는 역할을 합니다. await 키워드는 비동기 메서드나 작업(Task)이 완료될 때까지 메서드 실행을 일시 중지하며, 작업이 완료되면 중단된 지점부터 실행을 재개합니다.

3. async/await의 기본적인 사용법

비동기 프로그래밍을 구현하기 위해 Task 객체와 async/await 키워드를 사용합니다.

using System;
using System.Threading.Tasks;

class Program
{
    static async Task Main(string[] args)
    {
        Console.WriteLine("데이터 다운로드 시작");
        string data = await GetDataAsync();
        Console.WriteLine("다운로드 완료: " + data);
    }

    static async Task<string> GetDataAsync()
    {
        await Task.Delay(3000); // 비동기적으로 3초 대기
        return "서버로부터 받은 데이터";
    }
}

 

1) 코드 설명

• async 키워드 : Main 메서드와 GetDataAsync 메서드에 붙어 있으며 이 메서드가 비동기적으로 실행될 것임을 나타냅니다.
• await 키워드 : await GetDataAsync()는 비동기 작업이 완료될 때까지 메서드 실행을 중단하고 작업이 완료되면 이후의 코드가 실행됩니다. 이로 인해 애플리케이션의 응답성을 유지할 수 있습니다.
• Task 객체 : GetDataAsync 메서드는 Task<string>을 반환합니다. 작업이 완료되면 문자열을 반환한다는 의미입니다.

2) 비동기 메서드의 반환 타입

비동기 메서드는 일반적으로 Task, Task<T>, 또는 void를 반환합니다.

• Task : 반환값이 없을 때 사용합니다
• Task<T> : 비동기 작업이 완료되면 특정 타입의 값을 반환합니다.
• void : 이벤트 핸들러에서 주로 사용되며 일반적으로 사용을 권장하지 않습니다. void를 반환하는 비동기 메서드는 오류 처리나 예외 전파에 제약이 있기 때문입니다.

4. 비동기 프로그래밍의 장점

비동기 프로그래밍을 사용하는 주된 이유는 애플리케이션의 성능과 응답성을 높이기 위해서 입니다. 

• 응답성 유지 : UI 애플리케이션의 경우, 비동기 작업을 사용하면 긴 시간 동안 기다려야 하는 작업 중에도 UI가 멈추지 않고 사용자가 다른 작업을 수행할 수 있도록 해줍니다.
• 자원 효율성 : 비동기 작업을 사용하면 스레드가 불필요하게 대기 상태에 빠지지 않고 다른 유용한 작업을 수행할 수 있게 됩니다.

5. async/await 사용 시 주의사항

1) 데드락(Deadlock) 피하기

비동기 메서드를 잘못 사용하면 데드락이 발생할 수 있습니다. 특히 동기적인 방식으로 비동기 메서드를 호출하는 경우 문제가 발생할 수 있습니다. 예를 들어 Result나 Wait()를 사용해 비동기 메서드를 동기적으로 기다리는 경우 UI스레드가 차단되어 데드락이 발생할 수 있습니다.

public void DeadlockExample()
{
    // 잘못된 예: 비동기 메서드를 동기적으로 기다림
    var data = GetDataAsync().Result; // 데드락 발생 가능성
}

위에 문제를 피하려면 항상 await 키워드를 사용하여 비동기 작업을 처리해야 합니다.

 

2) 예외 처리

비동기 메서드에서도 예외 처리는 중요합니다. async 메서드 내에서 발생한 예외는 try-catch 블록을 사용하여 처리할 수 있습니다. 비동기 메서드의 예외는 Task에 포함되어 전파되므로 await로 호출한 부분에서 예외를 포착할 수 있습니다.

public async Task ExceptionHandlingExample()
{
    try
    {
        string data = await GetDataAsync();
        Console.WriteLine("데이터: " + data);
    }
    catch (Exception ex)
    {
        Console.WriteLine("오류 발생: " + ex.Message);
    }
}

 

6. 예제 : 비동기 파일 다운로드

비동기적으로 파일을 다운로드하는 예제입니다. 이 예제는 네트워크 요청이 오래 걸릴 수 있기 때문에 비동기 방식으로 처리하는 것이 적합합니다.

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

class Program
{
    static async Task Main(string[] args)
    {
        string url = "https://example.com/file.txt";
        await DownloadFileAsync(url);
    }

    static async Task DownloadFileAsync(string url)
    {
        using (HttpClient client = new HttpClient())
        {
            try
            {
                Console.WriteLine("다운로드 시작");
                string content = await client.GetStringAsync(url);
                Console.WriteLine("다운로드 완료: " + content.Substring(0, 100)); // 일부 내용 출력
            }
            catch (HttpRequestException e)
            {
                Console.WriteLine("다운로드 중 오류 발생: " + e.Message);
            }
        }
    }
}

 

위 코드에서는 HttpClient를 사용하여 파일을 다운로드하며 네트워크 요청이 완료될 때까지 await 키워드를 사용해 기다립니다. 이를 통해 다운로드가 완료될 때까지 메인 스레드를 차단하지 않고 다른 작업을 수행할 수 있습니다.

 

7. 마무리

C#의 비동기 프로그래밍은 async/await 키워드를 통해 구현할 수 있으며 이를 통해 긴 작업을 효율적으로 처리하고 애플리케이션의 응답성을 유지할 수 있습니다. 비동기 프로그래밍은 특히 네트워크 요청, 파일 IO, 데이터베이스 접근 등 시간이 많이 걸리는 작업에서 필수적입니다. 비동기 코드를 작성할 때는 데드락을 피하고 예외 처리를 철저히 하여 안정적인 프로그램을 만드는 것이 중요합니다.