async/await - C++/C#/CS 기초

async/await

📌 학습 목표

• async/await 키워드의 원리 이해
• Task 기반 비동기 처리 모델 학습
• 상태 머신 변환 과정을 이해하고 설명할 수 있음
• 비동기 프로그래밍에서 발생할 수 있는 문제와 해결 방법 숙지

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📝 개념 정리

1. async/await란?

• C#에서 제공하는 비동기 프로그래밍 키워드
• 메서드를 Task 기반 비동기 처리 모델로 실행하게 만들어줌
• 컴파일러가 내부적으로 상태 머신(state machine) 으로 변환하여 동작

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2. 동작 원리

1. async 키워드를 메서드에 붙이면 반환 타입이 Task 또는 Task<T>로 변환됨
2. await 키워드가 붙은 지점에서 비동기 작업이 완료될 때까지 제어권을 호출자에게 반환
3. 이후 작업이 완료되면 상태 머신이 재개되어 코드가 이어서 실행

public async Task<string> GetDataAsync()
{
    await Task.Delay(1000); // 1초 기다림 (비동기)
    return "데이터 로드 완료";
}

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3. 상태 머신 변환

• 컴파일러는 async/await 코드를 비동기 상태 머신으로 변환함
• 즉, await는 단순한 키워드가 아니라 코드를 중단점으로 나누어 콜백 등록하는 것

// 실제 변환되는 개념적 구조
public Task<string> GetDataAsync()
{
    var stateMachine = new GetDataAsyncStateMachine();
    stateMachine.builder = AsyncTaskMethodBuilder<string>.Create();
    stateMachine.state = -1;
    stateMachine.builder.Start(ref stateMachine);
    return stateMachine.builder.Task;
}

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4. async/await의 장점

• 비동기 코드도 동기 코드처럼 읽기 쉬움
• 콜백 지옥(Callback Hell) 방지
• 스레드를 블로킹하지 않고 효율적 자원 사용

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5. 주의사항

• async void는 이벤트 핸들러 외에는 사용하지 말 것 (예외 처리 곤란)
• ConfigureAwait(false) → UI/ASP.NET 환경에서 데드락 방지
• CPU 바운드 작업에는 Task.Run()으로 스레드 풀 활용

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💻 예제 코드

비동기 HTTP 요청

public async Task<string> FetchDataAsync(string url)
{
    using var client = new HttpClient();
    var response = await client.GetAsync(url);   // I/O 바운드 작업
    return await response.Content.ReadAsStringAsync();
}

CPU 바운드 작업

public async Task<int> CalculateAsync(int n)
{
    return await Task.Run(() =>
    {
        int sum = 0;
        for (int i = 0; i < n; i++) sum += i;
        return sum;
    });
}

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📊 async/await vs 전통 방식

방식	특징	단점
동기 호출	코드 단순	I/O 블로킹 발생
콜백 방식	비동기 처리 가능	가독성 ↓, 콜백 지옥
async/await	Task 기반, 가독성 ↑	상태 머신 변환 오버헤드

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🎯 연습 문제

1. async 메서드와 await의 역할을 각각 설명하세요.
2. ConfigureAwait(false)를 사용해야 하는 이유는?
3. CPU 바운드 작업과 I/O 바운드 작업에서 async/await 차이점을 설명하세요.

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🔎 심화 학습

• **IAsyncEnumerable (C# 8.0+)**

  public async IAsyncEnumerable<int> GenerateAsync()
  {
      for (int i = 0; i < 5; i++)
      {
          await Task.Delay(500);
          yield return i;
      }
  }
  

• IAsyncDisposable (C# 8.0+) → await using
• C++20의 co_await와 비교 (C++에서는 코루틴 기반으로 동작)

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🪞 면접 질문 & 답변

Q1. async와 await의 차이는 무엇인가요?
A. async는 메서드를 비동기 메서드로 선언하는 키워드이고, await는 비동기 작업이 끝날 때까지 제어를 반환하고 결과를 기다리는 키워드입니다.

Q2. async/await 사용 시 주의할 점은 무엇인가요?
A. async void는 이벤트 핸들러 외에는 사용하지 말아야 하며, UI 환경에서는 ConfigureAwait(false)를 적절히 사용해야 합니다.

Q3. async/await가 내부적으로 어떻게 동작하나요?
A. 컴파일러가 상태 머신으로 변환하여 await 지점에서 제어권을 반환하고, 작업 완료 후 콜백을 등록해 이어서 실행합니다.

Q4. I/O 바운드 작업과 CPU 바운드 작업에서 async/await의 차이는 무엇인가요?
A. I/O 바운드는 스레드를 차단하지 않고 효율적으로 대기하지만, CPU 바운드는 Task.Run으로 별도 스레드에서 수행해야 합니다.

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🔗 관련 페이지

• IDisposable
• Garbage Collector

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