자바 동시성 프로그래밍 - 비동기 프로그래밍
동기 (Synchronous)
동기(Synchronous) 는 작업이 순차적으로 실행되며 한 작업의 시작과 완료가 다음 작업의 시작과 완료와 밀접하게 연결된 방식을 의미한다.
하나의 작업이 실행 중인 동안 다른 작업은 대기해야 하며 작업의 결과를 기다린 후에 다음 작업이 진행된다.
작업은 한번에 하나씩 진행해야 하며 작업을 건너 뛰거나 빠뜨릴 수 없다.
두 명이 작업을 분담해서 진행할 경우 동기식 처리가 가능한가?
비동기(Asynchronous)
비동기(Asynchronous) 는 작업이 순차적으로 실행되지 않고 각 작업이 다른 작업의 완료를 기다리지 않고 독립적으로 실행되는 방식을 의미한다.
한 작업이 시작된 후에도 다음 작업이 바로 시작될 수 있으며 작업의 결과에 관심이 없고 기다리지 않으며 다른 작업을 실행할 수 있다.
비동기 작업은 주로 I/O 작업과 같이 시간이 오래 걸리는 작업을 다룰 때 유용하며, 다수의 작업을 동시에 처리하거나 빠른 응답 시간을 보장해야 하는 경우에 활용된다.
Fire and Forget 이라는 용어가 있는데 이는 비동기 프로그래밍 용어로서 작업을 시작하고 그 결과에 대해 더 이상 관심을 가지 않고 진행하는 것을 의미한다.
작업을 처리하는 작업자가 두 명인 비동기 상황에서 동기식 처리가 가능한가?
블로킹 (Blocking)
블로킹은 동기 작업에서 나타나는 현상으로 작업이 완료될 때까지 실행 흐름을 멈추고 대기하는 상태를 의미한다.
파일을 읽거나 네트워크에서 데이터를 받아오는 I/O 작업이 블로킹 작업에 해당하는데, 해당 작업이 완료될 때까지 다른 작업은 차단되고 대기 상태에 놓이게 된다.
블로킹 작업은 주로 작업이 완료될 때까지 결과를 기다려야 하는 경우에 사용되며 대부분 동기적인 처리에서 나타난다.
작업을 처리하는 작업자가 두 명인 비동기 상황에서 블로킹이 발생할 수 있는가?
논블로킹 (Non Blocking)
논블로킹은 비동기 작업에서 나타나는 현상으로 블로킹 되지 않고 실행 흐름이 지속되는 특성을 나타낸다.
특정 작업이 진행 중일 때에도 다른 작업이 계속 실행되며, 작업이 완료되지 않았더라도 대기하지 않고 다음 작업을 처리하는 방식을 의미한다.
논블로킹 작업은 다른 작업들과 동시에 진행될 수 있어서 전체 시스템의 응답성을 향상시킬 수 있다.
1. 함수 관점에서 동기와 비동기
함수를 호출한 자(
Caller)와 호출된 함수를 수행하는 주체(Callee)가 동일 스레드이면 동기, 서로 다른 스레드이면 비동기 관계가 형성 된다고 할 수 있다.
함수를 호출한 자(
Caller)와 호출된 함수의 작업 결과에 대해 관심을 가지고 있으면 동기, 없으면 비동기라 할 수 있다.
동기와 비동기는 작업을 실행하는 작업자들 즉,
스레드 간 구성에 관한 문제이다.
2. 함수 관점에서 블로킹과 논블로킹
함수를 호출한 자(
Caller)와 호출된 함수를 수행하는 주체(Callee)가 동일 스레드이면 블로킹, 서로 다른 스레드이면 논블로킹이 발생한다고 볼 수 있다.
함수를 호출한 자(
Caller)와 호출된 함수를 수행하는 주체(Callee)가 순차적으로 작업을 진행하면 블로킹, 동시적으로 진행하면 논블로킹 이라 할 수 있다.
블로킹과 논블로킹은 작업자의 작업 즉,
스레드 간 행위에 관한 문제이다.
예제 코드 - 1 (동기 호출)
예제 코드 - 1 (비동기 호출)
1. 동기 & 블로킹
동기 - 작업을 호출하는 주체와 호출되는 주체가 같은 스레드이기 때문에 모든 작업이 순차적으로 처리되며 처리 결과에 관심을 가진다.
블로킹 - 작업을 호출하면 해당 작업이 완료될 때까지 다른 작업을 진행하지 못하고 차단된다.
스레드가 함수 단위로 콜백을 전달하고 실행하는 경우 콜백의 처리 결과에 당장 관심이 없다 라는 비동기 개념을 가질 수 있으나 결국 결과를 만들어 내는 주체는 단일 스레드 자신이기 때문에 비동기적으로 실행 한다고는 볼 수 없다.
동기 & 블로킹 예제 코드
2. 동기 & 논블로킹
동기 - 작업을 호출하는 주체와 호출되는 주체가 같은 스레드이기 때문에 모든 작업이 순차적으로 처리되며 처리 결과에 관심을 가진다.
논블로킹 - 스레드 관계는 비동기이고 스레드마다 독립적으로 작업을 계속 실행해 나가기 때문에 결과를 기다리거나 대기하는 상황이 발생하지 않는다.
T1은 Task 4에서T2의 작업과T3의 작업이 완료되었는지 대기 및 확인 작업을 하고 있다. 즉, 동기식 처리라고 할 수 있다.
Wait and Acknowledge는 어떤 작업을 비동기적으로 실행시킨 후 해당 작업의 완료 여부를 체크하면서 작업이 완료되었을 때 그 결과를 확인하고 처리하는 것을 말한다.
동기 & 논블로킹 예제 코드
3. 비동기 & 블로킹
비동기 - 작업을 호출하고 작업을 처리하는 스레드가 서로 다르기 때문에 각각 다른 스택 공간에서 독립적으로 작업을 수행하는 관계를 가진다.
블로킹 - 비동기 작업을 수행하다가 외부 리소스(파일, 데이터베이스, 네트워크 등)의 응답을 기다려야 할 때 블로킹이 발생할 수 있다.
일반적으로 비동기 & 블로킹 상황이 발생하는 경우는 사용자가 어떤 의도를 가지고 구현 했다기 보다는 실행 환경과 기술 구조에 의해 나타나는 형태라고 볼 수 있으며 흔한 방식은 아니다.
비동기 & 블로킹 예제 코드
4. 비동기 & 논블로킹
비동기 - 작업을 호출하고 작업을 처리하는 주체가 서로 다르고 각각 다른 스택 공간에서 독립적으로 작업을 수행하며 다른 스레드의 실행 결과나 응답에 관심이 없다.
논블로킹 - 스레드 관계는 비동기이고 스레드마다 독립적으로 작업을 계속 실행해 나가기 때문에 블로킹 현상이 발생하지 않는다.
T1은 Task 3에서T2를 만들어 Task 3을 수행하도록 하며 결과를 기다리지 않고 바로 Task 4를 수행한다.
T1은 Task 5에서T3를 만들어 Task 5를 수행하도록 하며 결과를 기다리지 않고 바로 Task 6을 수행한다.결론적으로
T1은 Task 1, 2, 4, 6을 수행하고 나머지는 다른 스레드에 의해 비동기 & 논블로킹으로 수행된다.
비동기 & 논블로킹 예제 코드
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