C# 6.0 완벽 가이드/ 스트림과 입출력

스트림 구조

.NET 스트림 구조는 배경 저장소(backing store), 장식자(decorator), 적응자(adapter)라는 세 가지 개념으로 구성된다. 아래 그림에 이들이 나와 있다.

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배경 저장소는 입출력 연산이 실제로 효과를 발휘하는 종점(endpoint)이다. 이를테면 파일이나 네트워크 연결이 배경 저장소에 해당한다. 좀 더 정확히 말하면 배경 저장소는 다음 둘 중 하나 또는 둘 다이다.
- 바이트들을 차례로(순차적) 읽을 수 있는 원본(source)
- 바이트들을 차례로 기록할 수 있는 대상(destination)
그런데 배경 저장소가 쓸모가 있으려면 프로그래머가 접근할 수 있어야 한다. 그런 용도로 쓰이는 표준 .NET 클래스가 바로 Stream이다.
- 이 클래스에는 읽기, 쓰기, 위치 지정을 위한 일단의 메서드를 제공한다. 모든 지원 자료가 메모리에 들어 있는 배열과는 달리, 스트림은 자료를 직렬로(serially) 다룬다. 스트림에서는 한 번에 1바이트씩 또는 관리 가능한 크기의 블록 하나씩만 읽거나 쓸 수 있다.
- 따라서 배경 저장소가 아무리 커도 스트림을 사용하는데는 아주 적은 양의 메모리만 필요하다.
스트림은 크게 두 종류로 나뉜다.
- 배경 저장소 스트림
  - 배경 저장소의 구체적인 종류에 맞게 특화된 스트림이다. 이를테면 FileStream이나 NetworkStream이 이 종류에 해당한다.
- 장식자 스트림
  - 장식자 스트림은 다른 스트림의 자료를 적절히 변환하는 기능을 제공한다. 이를테면 DeflateStream나 CryptoStream이 장식자 스트림이다.
장식자 스트림에는 다음과 같은 구조적인 장점들이 있다.
- 압축이나 암호화 같은 기능을 배경 저장소 스트림마다 따로 구현할 필요가 없다.
- 스트림의 자료를 변환(‘장식’)하기 위해 스트림의 인터페이스를 변경할 필요가 없다.
- 장식자를 실행시점에서 스트림에 연결할 수 있다.
- 여러 장식자를 사슬처럼 이을 수 있다(이를테면 압축한 후 암호화하는 등)
배경 저장소 스트림과 장식자 스트림은 바이트만 다룬다. 이것이 유연하고 효율적인 방식이긴 하지만, 응용 프로그램은 텍스트나 XML 같은 좀 더 높은 수준의 자료를 다루는 경우가 많다. 이런 간극을 메우는 것이 적응자(adapter)이다.
- 적응자는 특정 서식에 대응되는 형식으로 특화된 메서드들ㅇ르 가진 클래스로 스트림을 감싼다. 예컨대 텍스트 읽기 적응자는 ReadLine이라는 메서드를 제공하고 XML 쓰기 적응자는 WriteAttributes라는 메서드를 제공한다.
장식자처럼 적응자도 스트림을 감싸는 래퍼(wrapper) 클래스이다. 그러나 장식자와는 달리, 적응자 자체는 스트림이 아니다. 일반적으로 적응자는 바이트 지향적 메서드들을 완전히 감춘다.
정리하자면 배경 저장소 스트림은 미가공 자료(raw data)를 제공한다.
- 장식자 스트림은 암호화 같은 변환을 수행하되, 역시 바이트 수준에서 작동한다.
- 적응자는 문자열이나 XML 같은 고수준 형식을 다루기 위한 형식있는 메서드들을 제공한다.
- 이들을 하나의 사슬로 이으려면 그냥 한 객체를 다른 객체의 생성자에 넣으면 된다.

스트림 사용

추상 Steam 클래스는 모든 스트림 클래스의 기반 클래스이다. Stream은 읽기(reading), 쓰기(writing), 탐색(seeking)이라는 세 가지 근본 연산을 위한 메서드들과 속성들을 정의하며 스트림 닫기와 배출, 시간 만료 설정 같은 관리 작업을 위한 메서드들과 속성들도 정의한다.

.NET Framework 4.5부터는 Read/Write 메서드들의 비동기 버전들도 생겼다. 비동기 메서드들은 모두 Task를 돌려주며, 선택적 인수로 취소 토큰을 받는다.
다음은 파일 스트림을 이용해서 파일을 읽고, 쓰고, 탐색하는 예이다.

using System;
using System.IO;

class Program
{
  static void Main()
  {
    using (Stream s = new FileStream("test.txt", FileMode.Create))
    {
      Console.WriteLine(s.CanRead);  // true
      Console.WriteLine(s.CanWrite);  // true
      Console.WriteLine(s.CanSeek);  // true

      s.WriteByte(101);
      s.WriteByte(102);
      byte[] block = { 1, 2, 3, 4, 5, };
      s.Write(block, 0, block.Length);  // 5바이트 블록을 기록한다.

      Console.WriteLine(s.Length);  // 7
      Console.WriteLine(s.Position);  // 7
      s.Position = 0;  // 시작 위치로 돌아간다.

      Console.WriteLine(s.ReadByte());  // 101
      Console.WriteLine(s.ReadByte());  // 102

      // 스트림을 읽어서 block 배열을 다시 채운다.
      Console.WriteLine(s.Read(block, 0, block.Length));  // 5

      // 위의 Read 호출이 5를 돌려주어다고 가정하면 현재 위치느느 파일의 끝이므로 다음 Read는 0을 돌려준다.
      Console.WriteLine(s.Read(block, 0, block.Length));  // 0
    }
  }
}

비동기 읽기/쓰기는 그냥 Read/Write 대신 ReadAsync/WriteAsync를 호출하고 해당 호출문에 await를 적용하며녀 된다.

async static void AsyncDemo()
{
  using (Stream s = new FileStream("test.txt", FileMode.Create))
  {
      byte[] block = { 1, 2, 3, 4, 5, };
      await s.WriteAsync(block, 0, block.Length);  // 비동기 쓰기

      s.Position = 0;  // 시작 위치로 돌아간다.2

      // 스트림을 읽어서 block 배열을 다시 채운다.
      Console.WriteLine(await s.ReadAsync(block, 0, block.Length));  // 5
  }
}

잠재적으로 느린 스트림(특히 네트워크 스트림)을 다루는 응용 프로그램을 작성할 때 비동기 메서드들을 이용하면 스레드를 점유하지 않고도 응용 프로그램의 반응성과 규모가변성을 높일 수 있다.
- 간결함을 위해 이번 장의 예제들은 대부분 동기적 메서드들을 사용했지만 네트워크 입출력이 관여하는 대부분의 시나리오에서는 비동기 Read/Write 연산이 더 나은 선택임을 기억하기 바란다.

스트림 구조

스트림 사용

스트림 읽기와 쓰기