비동기 프로그래밍

1. 동기와 비동기 프로그래밍

1-1. 동기 프로그래밍 (Synchronous Programming)

• 동기 방식의 프로그램에서 작업의 실행 흐름은 순차적으로 동작한다.
• 순차적으로 동작하기 때문에 코드를 파악하기 쉽고 디버깅이 쉽다.
• 특정 작업을 실행하는 동안에 다른 작업을 할 수 없다.

fun main() {
	// 실시간 주식 정보를 가져온다.
	val stock: StockDto = getRealtimeStockData("APPLE")

	println("주식 심볼 : $(stock.symbol}")
	println("시가 : $(stock.price.open}")
	println("종가 : $(stock.price.close}")
	println("시가총액 : $(stock.price.marketCap}")
}

 

1-2. 비동기 프로그래밍 (Asynchronous Programming)

• 비동기 방식의 프로그램에서 작업의 실행 흐름은 기본적으로 순차적이지 않다.
• 비동기 처리 방식은 현재 실행 중인 작업이 끝나는 것을 기다리지 않고 다른 작업을 할 수 있다.
• 서버, 클라이언트 등 모든 환경에서 유용하다.
• UI 애플리케이션의 경우 특정 이벤트가 발생할 경우에 반응하는 동작을 구현해야 하는데 이 때 필수적으로 비동기 프로그래밍을 사용하게 된다.

// 버튼을 누를 때 마다 카운터가 증가하는 예제
const button = document.querySelector('button');

// 'click' 옆의 두 번째 인자가 비동기 콜백
button.addEventListener('click', event => {
	button.innerHTML = `클릭 수: $(event.detail)`;
});

• 대부분의 프로그래밍 언어들은 각 언어의 철학에 맞는 다양한 비동기 처리 방법들을 지원한다.
• 대표적으로 Callback, Promise, Future, Async-await, Coroutine 등이 있고 각각 장점과 단점이 존재한다.

 

2. 비동기 프로그래밍 구현

2-1. Thread

• 가장 기본이 되는 비동기 처리 방식이다.
• Runnable 인터페이스를 사용해 비동기 동작을 수행한다.
• 스레드가 1개인 경우 싱글 스레드, 하나 이상 존재하는 경우 멀티 스레드라고 부른다.
• 멀티 스레드를 사용하면 애플리케이션에서 여러 개의 작업을 동시에 할 수 있다.

fun main() {
    for (i in 0..5) {
        val thread = Thread(Runnable {
            println("current-thread-name : ${Thread.currentThread().name}")
        })
        thread.start()
    }
    println("current-thread-name : ${Thread.currentThread().name}")
}

// 호출할 때 마다 출력 결과가 달라짐

• 멀티 스레드를 사용하면 스케쥴링 알고리즘에 의해 스레드가 전환되면서 작업을 처리하는데 이를 컨텍스트 스위칭이라 한다.
• 하나의 프로세스에는 최소한 하나 이상의 스레드가 존재하고 프로세스 내의 스레드들은 동일한 메모리를 공유한다.
• 스레드는 프로세스를 생성하는 것보다 가볍다.
• 스레드가 무한정 많아지면 메모리 사용량이 높아져서 OOME(OutOfMemoryError)가 발생할 수 있고 높은 동시 처리량을 요구하는 시스템에서는 스레드를 생성하면서 발생하는 대기 시간 때문에 응답 지연이 발생한다.
• 이런 문제를 해결하기 위해 스레드 풀(Thread Pool)을 사용한다. 스레드 풀을 사용하면 애플리케이션 내에서 사용할 총 스레드 수를 제한할 수 있고 기존에 생성된 스레드를 재사용하므로 빠른 응답이 가능하다.
• 직접 만드는 것보다 검증된 라이브러리를 사용해야 한다. java.util.concurrent 패키지의 ExecutorService를 사용하면 쉽고 안전하게 스레드 풀을 사용할 수 있다.

import java.util.concurrent.ExecutorService
import java.util.concurrent.Executors

fun main() {
    val pool: ExecutorService = Executors.newFixedThreadPool(5)
    try {
        for (i in 0..5) {
            pool.execute {
                println("current-thread-name : ${Thread.currentThread().name}")
            }
        }
    } finally {
        pool.shutdown()
    }
    println("current-thread-name : ${Thread.currentThread().name}")
}

 

2-2. Future

• 퓨처는 비동기 작업에 대한 결과를 얻고 싶은 경우에 사용된다.
• 예를 들어 수행 시간이 오래 걸리는 작업이나 작업에 대한 결과를 기다리면서 다른 작업을 병행해서 수행하고 싶은 경우에 유용하다.
• 스레드는 Runnable을 사용하고 퓨처는 Callable을 사용한다.

import java.util.concurrent.Callable
import java.util.concurrent.Executors

fun sum(a: Int, b: Int) = a + b

fun main() {
    val pool = Executors.newSingleThreadExecutor()
    val future = pool.submit(Callable {
        sum(100, 200)
    })

    println("계산 시작")
    val futureResult = future.get()
    println(futureResult)
    println("계산 종료")
}

• Future의 단점
  • get 함수는 비동기 작업의 처리가 완료될 때 까지 다음 코드로 넘어가지 않고 무한정 대기하거나 지정해둔 타임아웃 시간까지 블로킹된다.
  • 동시에 실행되는 한 개 이상의 비동기 작업에 대한 결과를 하나로 조합하여 처리하거나 수동으로 완료 처리 할 수 있는 방법을 지원하지 않는다.

 

Reference

https://fastcampus.co.kr/courses/211160