Swift의 Method Dispatch 파헤쳐보기 part 1
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Method Dispatch 란?
다형성을 제공해주는 객체지향프로그래밍 언어들에서는 하위 클래스에서 상위 클래스의 메소드를 오버라이드(override) 해서 사용할 수 있습니다.
Swift도 마찬가지로 그런 메서드들을 자주 마주하게되는데, 그런식으로 override 된 메서드들이 있으면 컴파일러는 어떤 구현부를 골라야될지 도대체 어떻게 아는걸까요 🤔
이때 어떤 메서드가 호출되어야하는지 결정해주는 과정이 바로 Method Dispatch입니다.
즉, Method Dispatch란 어떠한 메서드가 호출되었을때, 어떤 명령어를 실행해야되는지 결정해주는 방법입니다.
Method Dispatch 는 메서드가 호출될때마다 매번 사용되기 때문에, 성능이 좋은 코드를 작성하기 위해서는 Method Dispatch의 동작 원리를 어느정도 이해해야될 필요가 있다고 생각해서 이번 포스트에서 다뤄보기로 했습니다.
<WWDC 2016 Understanding Swift Performance 1부> 에서 Method Dispatch 를 잠깐 다뤘어서 같이 정리를 했었는데, 그때 정리했던 글을 다시 보니까 이해 안되는 부분들이 많아서 따로 정리해보는게 좋을것 같았습니다.
이번 포스트에서는 Method Dispatch 방법들을 개념적으로 비교해보겠습니다.
Method Dispatch의 종류
Dispatch의 목적은 뭘까요?
Dispatch 는 특정 메서드 호출의 실행 가능한 코드가 메모리 어느 곳에 위치 해있는지 프로그램이 CPU에게 알려주는 것 을 목표로 합니다.
컴파일 언어들에서는 보통 Dispatch를 하는 방법이 크게 Direct Dispatch, Indirect Dispatch 두개 있습니다.
Direct Dispatch는 많이 들어봤을만한 정적 디스패치(Static Dispatch) 라고도 하며,
Indirect Dispatch 가 그 유명한 동적 디스패치(Dynamic Dispatch) 입니다.
Dynamic Dispatch는 또 두가지 방법으로 나뉘는데, Table Dispatch와 Message Dispatch 가 있습니다.
정리해보면 Dispatch 방법으로 크게 Static Dispatch, Table Dispatch, Message Dispatch 가 있는것입니다.
보통의 컴파일 언어들은 이 3가지 방법 중에 1-2개만 제공하는데, Swift 는 굉장한 언어이기 때문에 위 3가지 방법 모두 공부해보라고 전부 제공합니다👍
그럼 하나씩 살펴보겠습니다
Direct Dispatch (Static Dispatch)
Static Dispatch 는 Method Dispatch 방법 중 가장 빠른 방법입니다.
Static Dispatch로 컴파일러는 컴파일 타임 때 바로 어떤 메서드 구현부를 실행해야되는지 알 수 있습니다.
메서드가 호출되면, 컴파일러는 바로 메서드가 위치해있는 메모리 주소로 가서 실행을 시킵니다. 이런식으로 Static Dispatch는 호출 과정도 간단할 뿐만 아니라, 어셈블리 명령도 가장 적고 inlining처럼 최적화할 수 있는 기법들이 많아진다고 합니다.
그렇다고 Static Dispatch가 장점만 있는건 아닙니다. 성능은 좋지만, 다형성을 처리할만큼 동적이지 않기 때문에 프로그래밍 측면에서는 제한 사항들이 따라옵니다.
실제로 Swift 에서는 Static Dispatch은 모든 값 타입에만 적용됩니다. 따라서 상속 받은 타입은 Static Dispatch으로 Method Dispatch 가 불가능합니다.
그렇다면 객체지향프로그래밍의 꽃, 다형성을 가능하게 해주는 Dynamic Dispatch도 한 번 살펴봅시다.
Indirect Dispatch (Dynamic Dispatch)
(<WWDC 2016 Understanding Swift Performance> 슬라이드)
Dynamic Dispatch 가 쓰이는 곳은 바로 아래쪽에 있는 for 문입니다.
Drawables 안에 들어있는 원소의 종류가 Point , Line 인데
컴파일러는 Compile Time 때 바로 타입을 식별 할 수 없습니다.
즉, d.draw() 가 Point의 메서드인지 Line의 메서드인지 모른다는거죠.
그럼 어떤 implementation을 호출해야되는지 컴파일러는 어떻게 찾을까요??
앞서 이야기한것 처럼, Dynamic Dispatch 는 보다 더 유연한 프로그래밍을 가능하게 해줍니다.
Dynamic Dispatch는 특정 인스턴스의 실제 타입에 맞춰서 메서드와 프로퍼티를 호출하기 때문에, 코드상으로는 바로 알 수 있는게 없기 때문에 런타임 때 결정을 합니다. 즉, 어떤 서브클래스가 들어와도 실제 타입에 맞는 요소를 참조하기 때문에 다형성이 가능해지는거죠.
단, 런타임때 메서드를 찾는 과정이 있기 때문에 오버헤드가 발생합니다. 즉, Static Dispatch와 비교했을때 상대적으로 성능상의 손해가 있습니다.
유연성 vs 성능의 Trade-off 라고 볼 수 있죠
Table Dispatch vs Message Dispatch
동적 디스패치에는 또 두 가지 방법의 디스패치로 나뉩니다.
Table Dispatch
Table Dispatch 는 동적 디스패치의 가장 기본적인 구현 방식인데, Table 을 사용합니다. Table이란, 함수 포인터로 이루어진 배열을 의미하며, V Table(Virtual Table) 이라고 불립니다. (스위프트에서는 Witness Table 이라고 합니다.)
특정 클래스의 모든 서브클래스는 각자의 테이블을 갖고있습니다.
이 테이블은 서브클래스가 재정의한(override) 모든 메서드에 대해 다른 함수 포인터를 갖고있고, 서브클래스가 새로운 메서드를 추가하면 해당 메소드에 대한 함수 포이터가 테이블(배열) 끝에 추가됩니다.
그래서 런타임때 컴파일러는 이 테이블들을 이용해서 올바른 구현을 찾아서 호출하는 것입니다.
Table Dispatch가 오버헤드인 이유
컴파일러는 테이블에서 올바른 메서드 구현을 위한 메모리 주소를 읽고 그 주소로 접근을 해야되기 때문에 2번의 연산이 필요합니다.
즉 메서드가 호출이 될때마다 이런 연사들이 추가로 필요하기 때문에 Static Dispatch 보다 느리다고 하는것입니다.
Message Dispatch
Message Dispatch 는 유연성을 더해줍니다.
클래스가 오버라이드 하거나 새로 정의한 메서드들만 테이블에 유지하고, 부모 타입으로의 포인터를 갖고있어서 부모의 메서드들은 부모 타입으로 찾아가서 실행합니다.
메세지 디스패치 이런식으로 유연성을 제공합니다.
Method Swizzling 이라는 것을 가능하게 해주는데, 개발자가 디스패치(메서드 구현)를 런타임에 동적으로 변경할 수 있게 해주는 것입니다.
단, 이건 Swift에서 기본적으로 제공하는것이 아니며, Objective-C 런타임에 적용됩니다.
즉, 메서드가 디스패치되면, 런타임떄 클래스 계층을 전부 탐색하면서 메서드를 찾는 꼴이 되며, 성능이 좋지않은것입니다.
한마디로 가장 유연한 디스패치 방법이자 가장 느린 것입니다
정리
Method Dispatch
Method Dispatch란 어떠한 메서드가 호출되었을때, 어떤 명령어를 실행해야되는지 결정해주는 방법입니다
Static Dispatch
- 컴파일러가 컴파일 타임에 바로 어떤 메서드 구현부를 실행해야되는지 알 수 있다
- Method Dispatch 중 가장 빠른 방법
- 값 타입에 적용
Dynamic Dispatch
- 런타임에 올바른 메서드 구현부를 찾는다
- 다형성을 가능하게 해준다
- 오버헤드가 발생한다
Table Dispatch
- 동적 디스패치의 가장 기본적인 방식
- V-Table(Swift에서는 W-Table)을 사용
- 서브클래스마다 하나씩 갖고있다
- 런타임에 컴파일러가 테이블을 이용해서 올바른 메서드 구현을 찾는다
- 메모리 주소를 읽고 접근하면서 오버헤드가 발생
Message Dispatch
- 클래스가 오버라이드했거나 새로 정의한 메서드만 테이블에 유지
- 부모 타입으로의 포인터를 갖고있어서 부모의 메서드들은 부모 타입으로 찾아가서 실행
Method Swizzling을 가능하게 해준다.- 느리다
참고 자료
https://www.rightpoint.com/rplabs/switch-method-dispatch-table https://hyunsikwon.github.io/swift/Swift-MethodDispatch-01/ https://developer.apple.com/swift/blog/?id=27 https://medium.com/@bakshioye/static-vs-dynamic-dispatch-in-swift-a-decisive-choice-cece1e872d https://developer.apple.com/videos/play/wwdc2016/416/