[Combine] WWDC19 - Introducing Combine

안녕하세요 제인입니다:)

지난 글에서 Combine의 핵심이자 기본인 Publisher, Subscriber에 대해 공식 문서를 토대로 정리해보았는데요,

Combine에 대해 더 깊게 학습하기에 앞서 WWDC19 - Introducing Combine 영상을 보고 내용을 정리해보았습니다.

해당 세션에서는 Publisher, Subscriber, Operator 에 대해 개괄적인 내용을 담고 있어 Combine 프레임워크에 대해 한 번 훑어볼 수 있었던 세션이었습니다. 

Combine이란?

A unified declarative API for processing values over time.

Combine은 시간 경과에 따른 값 처리를 위한 통합된 선언적 API입니다.

Key Concepts

• Publishers
• Subscribers
• Operators

Publisher

• Publisher는 Combine API의 선언적 부분
• 값과 오류가 생성되는 방식을 설명함(실제로 반드시 생성하는 것은 X)
• 값 타입(=구조체를 사용)
• Subscriber(=시간이 지남에 따라 값을 받는 것) 등록을 허용

두 개의 associated type을 가지고 있음

• Output: 생성되는 값의 종류
• Failure: 생성되는 오류의 종류
• Publisher가 오류를 생성할 수 없는 경우 never 타입 사용 가능
• Publisher의 핵심기능: Subscribe
  • Subsribe에서는 Subsriber의 Input이 Publisher의 Output과 일치하고, Subsriber의 Failure이 Publisher의 Failure과 일치해야 함

Example of Publisher - NotificationCenter

NotificationCenter를 위한 Publisher

• 구조체로 정의
• Ouput 타입은 Notification
• Failure 타입은 Never
• center, name, object 세가지 항목으로 초기화 됨

Subscriber

• Subscriber는 Publisher에 대응되는 개념
• Publisher가 유한한 경우 completion을 포함한 값을 받는 것
• 참조 타입(일반적으로 값을 수신하면 동작하고, 상태를 변경하기 때문. class로 구현됨)

• 두 가지 associatedtype 존재 (Input, Failure)
• Publisher와 마찬가지로 Subscriber가 Failure를 수신할 수 없는 경우 Never 타입 사용가능
• 세 가지 주요 기능
  • 구독을 받을 수 있음(구독은 subscriber가 publisher에서 subscriber로의 데이터 흐름을 제어하는 방법)
  • Input을 받을 수 있음
  • 연결된 publisher가 유한한 경우, 완료(Finished) 또는 실패(Failure)일 수 있는 Completion을 받을 수 있음

Example of Subscriber

• Assign은 클래스로 정의됨
• 클래스 인스턴스, 객체 인스턴스, 그리고 해당 객체에 대한 유형 안전 키 경로(type safe key path)로 초기화 됨
• 해당 클래스가 하는 일은 입력을 받으면 해당 객체의 프로퍼티에 Input을 write 하는 것
• 프로퍼티 값만 write할 때 에러를 처리할 방법이 없기 때문에 Assign의 Failure 타입을 Never로 설정함

The Pattern (동작 방식)

Subscriber를 보유하는 일종의 컨트롤러 객체나 다른 타입이 있을 수 있으며, 이는 Subsribe를 호출하여 Subscriber를 Publisher에게 연결하는 일을 담당하게 됩니다.

 

이 시점에서 Publisher는 Subscriber가 Publisher에게 특정 수의 값 또는 무제한을 요청하는 데 사용할 구독(subscription)을 Subscriber에게 보냅니다.

그러면, Publisher는 해당 수 이하의 값을 Subscriber에게 자유롭게 보낼 수 있게 됩니다.

 

그리고 Publisher가 유한한 경우에는 마지막에 완료(Completion) 또는 오류(Error)를 전송하게 됨

→ 요약하자면, 하나의 구독, 0개 이상의 값 및 단일 완료

 

예제로 봅시다!

 

Wizard라는 모델 객체가 있습니다. 우리가 관심을 두는 것은 'Wizard가 어떤 학년에 속해 있는지' 입니다.

5학년인 merlin부터 시작해봅시다. 원하는 것은 학생들의 졸업에 대한 알림을 수신하는 것입니다.

즉, 학생들이 졸업하면 모델 객체의 값을 업데이트해봅시다.

 

Merlin의 졸업에 관한 default 센터의 NotificationCenter Publisher를 등록하는 것부터 시작합니다.

 

다음으로 Assign Subscriber를 생성하고, Merlin의 학년 프로퍼티에 새로운 학년을 쓰도록 지시합니다.

 

그 다음, subscribe를 사용하여 publisher에 subscriber를 연결할 수 있습니다.

하지만, 컴파일 에러가 발생하게 됩니다. 왜냐하면 타입이 일치하지 않기 때문이죠!

 

NotificationCenter는 알림을 보내지만 Interger 타입의 프로퍼티에 쓰도록 구성된 Assign에는 Int타입의 정수가 필요합니다.

→ notification과 integer 사이에서 변환하는 무언가가 필요하다! 즉, 연산자(operator)가 필요한 것!!

Operator

• Publisher 프로토콜을 채택 → 일종의 Publisher인 것
• 값 타입(선언적이기 때문)
• 값 변경, 값 추가, 값 제거 또는 여러가지 다양한 종류의 동작을 설명하는 역할을 함
• 또한, Publisher(upstream)를 구독하고 그 결과를 Subscriber(downstream)에게 보냄

Example of Operator - Map

• Map은 upstream에 연결하고, upstream의 출력을 자체적인 출력으로 변환하는 방법으로 초기화되는 구조체
• 자체적으로 Failure를 생성하지 않기 때문에 upstream의 Failure 유형을 단순히 미러링하고 통과시킴

따라서 Map을 사용하면 알림과 정수 사이를 변환할 수 있는 도구가 존재하게 되는 것!

 

map 클로저로 알림을 받고 Int 타입으로 변환을 해주고 있습니다.

변환 성공 == subsriber에 연결 성공

 

위와 같이 Generic과 프로토콜 extension을 활용해 모든 Publisher가 사용할 수 있도록 만들 수 있습니다.

Publisher의 extension으로 정의하기 때문에 self를 사용할 수 있어 코드가 좀 더 간단해집니다.

 

알림(=notification)을 받으면 map 클로저를 사용하여 이를 매핑한 다음 Merlin의 grade 프로퍼티에 할당합니다.

해당 구문은 단계별로 일어나는 일에 대해 매우 선형적이고 이해하기 쉬운 흐름을 제공합니다.

 

Assign은 Cancelable을 반환합니다.

즉, 취소 기능(cancelation)도 combine에 내장되어 있다는 것입니다.

취소(cancelation)를 사용하면 필요한 경우 publisher와 subscriber 시퀀스를 조기에 중단할 수 있습니다.

 

위에서 살펴본 단계별 구문(step-by-step syntax)은 Combine 사용방법의 핵심이다.

각 단계는 체인의 다음 명령 세트를 설명합니다.

첫 번째 publisher 에서 일련의 연산자들을 거쳐 subscriber로 끝나는 방식으로 값을 변환합니다.

그리고 다양한 연산자들이 존재합니다. 우리는 그것들은 선언적 연산자 API(Declarative Operator API)라고 부릅니다.

 

• 기능적 변환 - ex. map
• 리스트 연산 - ex. filter, reduce ..
• 오류 처리 - 오류를 디폴트 값이나 대체 값으로 바꿈
• 스레드 또는 큐 이동 - ex. 무거운 처리 작업을 백그라운드 스레드로 이동하거나 UI 작업을 메인 스레드로 이동
• 스케줄링 및 시간 - 루프, 디스패치 큐, 타이머 지원, 타임아웃 등과의 통합을 포함

사용할 수 있는 연산자의 종류가 매우 많기 때문에 어떤 것을 사용할지 판단하는 것이 다소 부담스러울 수 있습니다.

이럴 때, 판단 기준을 Combine의 핵심 디자인 원칙, 즉 Composition으로 돌아가는 것을 권한다고 합니다.

애플에서는 많은 일을 하는 몇몇 연산자를 제공하는 대신, 각각 조금씩만 수행하는 많은 연산자를 제공하여 이해하기 쉽게 만들었으며,

개발자들이 쉽게 이해할 수 있도록 Swift Collection API에서 이름을 많이 따왔다고 하네요!

 

왼쪽에는 Synchronous(동기) API가 있고 오른쪽에는 Asynchronous(비동기) API가 있습니다.

그리고 위쪽에는 단일 값, 아래쪽에는 여러 개의 값이 있습니다.

Swift에서 하나의 정수를 동기적으로 처리할 경우엔 Int를 사용하면 되지만 Combine을 사용해서 비동기적으로 사용하려면 Future를 사용하면 됩니다.

또한, 여러 개의 값을 동기로 사용할 때는 Array, 비동기로 사용할 것이라면 Publisher를 사용하면 된다고 합니다.

 

예시로 봅시다.

Example of Operator - CompactMap, filter

위의 예제 코드는 key가 없거나 정수가 아닌 경우 기본값 0을 사용하는 코드입니다.

이 잘못된 값이 진행되어 모델 객체에 기록되는 것을 허용하지 않는 것이 더 나은 아이디어일 수 있습니다.

그래서 이 클로저가 nil을 반환하도록 허용한 다음, nil 값을 필터링하는 방법을 사용할 수 있다.

Swift 4.1에서 표준 라이브러리는 해당 작업에 대한 이름을 도입했습니다. 이를 CompactMap이라고 합니다.

Publisher에도 CompactMap이 있습니다. 이는 표준 라이브러리의 CompactMap과 비슷한 방식으로 동작합니다.

 

클로저에서 nil을 반환하면 CompactMap은 이를 필터링하여 스트림 아래로 더 이상 진행되지 않도록 합니다.

몇가지 친숙한 이름들을 사용하여 단계별 지침을 작성해보겠습니다.

 

학교에는 5학년 이상의 학생들만 입학이 허용된다고 가정해보겠습니다.

filter를 사용하면 그렇게 할 수 있습니다.

filter는 오직 해당 조건을 통과하는 요소만 계속 진행하도록 허용합니다.

이는 Array의 filter와 정확히 동일한 동작입니다.

 

여기다가 졸업은 최대 3번까지만 허용된다고 가정해보겠습니다.

배열에서 처음 세 요소를 가져와야하는 경우 prefix(3)을 사용할 수 있습니다.

publisher에서도 처음 세 요소만 받으려면 prefix(3)을 사용할 수 있습니다.

이것이 하는 일은 세 개의 값을 받은 후 업스트림을 취소하고 다운스트림으로 완료를 보내는 것입니다.

 

map, filter는 훌륭한 API이지만 주로 동기 동작을 위한 것입니다. Combine은 비동기 세계에서 작업할 때 빛을 발하기 시작합니다.

여기에 정말 유용할 수 있는 두 가지 연산자에 대해 살펴봅시다.

Example of Operator - zip, combineLatest

1. Zip

• 여러 업스트림 입력을 단일 튜플로 변환해서 다운스트림으로 전달
• when/and 작업으로 만듦 - downstream으로 전달하기 위해서는 tuple의 모든 값이 입력되어야 하므로 upstream의 모든 input이 전달된 후에 downstream으로 tuple을 전달할 수 있게 됨
• 즉, 계속 진행되려면 모든 upstream input값이 전달되어야만

예시로 zip 의 동작을 이해해보자면,

3개의 업스트림이 필요한 zip을 사용하여 3개의 비동기 작업이 완료되어야 다운스트림으로 값을 전달할 수 있도록 할 수 있습니다.

각각 bool 타입의 결과를 제공하는 3개의 비동기 연산 결과를 기다리고, 모두 완료되면 값을 버튼의 isEnabled 속성에 넣을 수 있도록 매핑함으로써 세 가지 조건이 모두 만족될 때만 Continue 버튼을 활성화 시키는 기능을 구현할 수 있습니다.

3. CombineLatest

• zip과 마찬가지로 여러 업스트림 입력을 단일 값으로 변환
• 그러나 zip과는 다르게 진행하려면 업스트림 중 어느 하나의 입력이 필요하므로 when/or 작업
  • 업스트림의 값이 변경될 때마다 다운스트림으로 값을 전달
• 각 업스트림에서 받은 마지막 값을 저장
• 값을 단일 다운스트림 값으로 변환할 수 있는 클로저로 구성됨

3개의 업스트림을 사용하는 CombineLatest를 사용하여 토글 스위치의 상태값에 따라 play 버튼의 활성화 여부를 결정하도록 할 수 있습니다.

3개의 스위치 모두 bool 상태 값이 변경됨에 따라 이를 다시 단일 bool값으로 변환하고 이를 play 버튼의 isEnabled 속성에 기록합니다.

즉, 어느 하나의 값이라도 false 이면 결과는 false이기 때문에 버튼이 활성화되지 않고, 모두 true 이면 결과는 true 이므로 버튼이 활성화되게 됩니다.

 

Combine을 사용하기 위해서 기존 코드를 모두 변환할 필요는 없습니다.

점진적으로 Combine을 사용할 수 있도록 설계했다고 하네요! 예제로 살펴본 것처럼 여러 상황에서 적합한 operator를 사용할 수 있습니다. 또한, 비동기 작업 중 가장 많이 하는 작업이 네트워킹인데, URLSession을 사용해 데이터를 수신한 뒤 JSON Decoder를 사용해 데이터를 변환하는 경우에 사용할 수 있는 decode 연산자도 존재합니다.

 

해당 영상에서는 Combine의 아주 기본적인 내용들만 다루는데, Combine에는 더 다양한 기능들이 존재합니다!

더 자세한 내용과 예제 코드들은 다른 게시글로 더 정리해보도록 하겠습니다!!😊😊