[소주제 세미나 1차] 블로킹-논블로킹 / 동기 - 비동기

 

✅ 블로킹과 논블로킹

블로킹과 논블로킹은 I/O 작업에서 한 작업이 끝날 때까지 다른 작업을 수행할 수 있는지 여부를 나타내는 개념

 

➡️ 블로킹이란?

한 작업이 끝날 때까지 다른 작업을 수행하지 않는 것

 

ex) 파일을 읽는 작업에서 블로킹이 발생?
▶ 파일을 읽는 작업이 끝날 때까지 다른 작업을 수행하지 않음
    (다른 작업을 수행할 수 없기 때문에 처리 속도가 느려질 수 있음)

 

블로킹 I/O는 입력 및 출력 작업이 완료될 때까지 스레드가 차단되는 방식입니다. 예를 들어, 클라이언트 요청을 받은 스레드는 해당 요청을 처리하기 위해 입출력 작업을 수행하고, 그 결과를 반환하기 전까지는 다른 작업을 수행할 수 없습니다.

이는 스레드를 효율적으로 사용하지 못하게 하며, 높은 처리량과 낮은 지연 시간을 요구하는 웹 애플리케이션에서는 적합하지 ❌

 

 

➡️ 논블로킹이란?

한 작업이 완료되지 않아도 다른 작업을 수행할 수 있는 것

 

ex) 파일을 읽는 작업에서 논블로킹이 발생?
▶ 파일을 읽는 작업이 완료되지 않아도 다른 작업을 수행할 수 있음
    (다른 작업을 수행할 수 있는 시간이 있기 때문에 전체적인 처리 속도가 빠를 수 있음)

 

논블로킹 I/O는 스레드를 차단하지 않고 입출력 작업을 비동기적으로 수행하는 방식입니다. 클라이언트 요청을 받은 스레드는 요청 처리를 시작한 후, 결과를 반환하지 않고 다른 요청을 처리할 수 있습니다. 입출력 작업이 완료되면 해당 작업의 결과를 반환합니다.

이 방식은 스레드를 효율적으로 사용할 수 있으며, 높은 처리량과 낮은 지연 시간을 요구하는 웹 애플리케이션에서 매우 효과적! 🙆

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✅ 블로킹과 논블로킹의 장단점

➡️ 블로킹의 장단점

1. 장점

1) 단순성: 블로킹 방식은 구현하기 쉬우며, 개발자들이 이해하기 쉽습니다.

2) 안정성: 블로킹 방식은 오류가 발생한 경우, 재시도할 필요 없이 예외처리를 하면 됩니다.

3) 직관성: 블로킹 방식은 동기적으로 실행되므로, 코드의 흐름을 이해하기 쉽습니다.

 

2. 단점

1) 대기 시간: 블로킹 방식은 다른 작업이 완료될 때까지 대기해야 하므로, 대기 시간이 길어질 수 있습니다.

2) 서버 자원 낭비: 블로킹 방식은 한 번에 하나의 요청만 처리할 수 있기 때문에, 서버 자원을 효율적으로 사용하지 못하고 낭비될 수 있습니다.

 

 

➡️ 논블로킹의 장단점

1. 장점

1) 대기 시간 감소: 논블로킹 방식은 다른 작업을 실행하면서 기다릴 필요가 없기 때문에, 대기 시간이 감소합니다.

2) 서버 자원 활용도 증가: 논블로킹 방식은 여러 개의 요청을 동시에 처리할 수 있기 때문에, 서버 자원의 활용도가 증가합니다.

 

2. 단점

1) 복잡성: 논블로킹 방식은 구현하기 어려우며, 개발자들이 이해하기 어렵습니다

2) 예외처리: 논블로킹 방식은 비동기적으로 실행되므로, 오류가 발생한 경우에는 재시도나 예외처리를 별도로 구현해야 합니다.

3) 성능: 논블로킹 방식은 병렬적으로 실행되기 때문에, 다른 요소들과의 상호작용과 동기화가 필요합니다. 이로 인해 성능이 감소할 수 있습니다.

 

 

➡️ 결론

스프링에서 블로킹 방식과 논블로킹 방식은 각각 다른 상황에서 사용됩니다.

논블로킹 : 입출력 작업이 필요한 메서드

(예를 들어, I/O 처리와 같이 대기 시간이 긴 작업)

 

블로킹 : 입출력 작업이 필요하지 않은 메서드

(예를 들어, CPU가 많이 사용되는 계산 작업)

 

이렇게 함으로써 서버의 처리량을 최대한 높일 수 있습니다.

블로킹 방식으로 작성된 코드를 비동기 방식으로 수정하는 것은 쉽지 않은 작업!
따라서 블로킹 방식으로 작성된 코드를 변경하는 것은 가능하면 피하는 것이 좋습니다.

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✅ 스프링(Spring)에서 블로킹과 논블로킹 방식의 사용

➡️ 블로킹 방식 사용 예시

스프링에서 블로킹 방식은 주로 데이터베이스 쿼리와 같이 입출력 작업이 필요한 메서드에서 사용됩니다.

이 경우, 데이터를 가져오기 위해 대기해야 하기 때문입니다.

 

예를 들어, 다음과 같은 코드가 있다고 가정해봅시다.

@GetMapping("/user/{userId}") public String getUserInfo(@PathVariable String userId) { 
User user = userRepository.findById(userId); return user.toString(); }

 

이 코드에서 userRepository.findById() 메서드가 실행되는 동안 스레드는 대기합니다.

이때 다른 요청을 처리할 수 없기 때문에, 스프링에서는 이러한 코드를 블로킹 방식으로 처리합니다.

 

 

➡️ 논블로킹 방식 사용 예시

스프링에서 논블로킹 방식은 주로 네트워크 통신과 같은 입출력 작업이 필요한 메서드에서 사용됩니다. 이 경우, 데이터를 가져오는 동안 스레드가 대기하지 않고 다른 요청을 처리할 수 있기 때문입니다.

 

예를 들어, 다음과 같은 코드가 있다고 가정해봅시다.

@GetMapping("/user/{userId}") public CompletableFuture<String> getUserInfo(@PathVariable String userId){
	return CompletableFuture.supplyAsync(() -> { 
    	User user = userRepository.findById(userId);
        return user.toString(); 
        }
    );
}

 

이 코드에서는 supplyAsync() 메서드를 사용하여 userRepository.findById() 메서드를 비동기적으로 실행합니다.

이렇게 하면 스레드가 대기하지 않고 다른 요청을 처리할 수 있게 됩니다.

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✅ 동기와 비동기처리

코드가 실행되는 방식과 순서에 관련

 

➡️ 동기처리란?

동기 처리는 코드가 순차적으로 실행되며, 한 작업이 완료되기 전까지 다른 작업을 수행하지 않음.

다른 작업을 수행하기 위해서는 현재 수행 중인 작업이 완료될 때까지 기다려야 함

 

이러한 처리 방식은 코드의 순서를 보장하므로, 작업을 실행하는 순서와 결과가 예상 가능합니다. 하지만 한 작업이 끝나기 전까지 다른 작업을 실행하지 못하므로, 시간이 오래 걸리는 작업이 있을 경우에는 전체적인 처리 속도가 느려질 수 있습니다.

 

 

➡️ 비동기처리란?

동기 처리는 작업을 실행하는 순서와 결과가 예측 불가능

작업이 완료되지 않아도 다른 작업을 실행할 수 있으므로, 전체적인 처리 속도가 빠름

 

이러한 처리 방식은 대개 콜백(callback) 함수를 사용하여 작업이 완료될 때 실행할 함수를 등록

 

💡콜백이란?

https://steadily-hyunjin.tistory.com/67

[Node.js로 서버만들기] 2. 자바스크립트 기본 문법 (콜백 함수/Promise/async/await)

 

 

➡️ 동기 vs 비동기

예를 들어, 웹 애플리케이션에서 사용자가 이미지를 업로드하는 작업을 수행한다고 가정

1️⃣ 동기 처리 방식에서는 이미지가 업로드될 때까지 다른 작업을 수행하지 않으므로, 사용자는 이미지 업로드가 완료될 때까지 대기
2️⃣비동기 처리 방식에서는 이미지 업로드 작업을 백그라운드에서 수행할 수 있으므로, 사용자는 다른 작업을 수행하면서 이미지 업로드가 완료되기를 기다리지 않아도 됩니다.

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✅ 동기 처리와 비동기 처리의 장점

➡️ 동기 처리의 장단점

1. 장점

1) 간단하고 직관적인 코드 작성이 가능합니다.

2) 디버깅이 쉽고 에러가 발생할 때 쉽게 찾을 수 있습니다.

3) 순서대로 실행되므로 동일한 데이터를 여러 번 업데이트하는 등의 문제를 방지할 수 있습니다.

 

2. 단점

1) 처리 시간이 오래 걸리면 블로킹이 발생하여 다른 작업을 수행할 수 없습니다.

2) 대기하는 동안 CPU 리소스를 사용하지 않으므로 비효율적입니다.

3) 대부분의 동기 API는 블로킹 방식으로 구현되어 있으므로 비동기 처리에 비해 구현이 어렵습니다.

 

 

➡️ 비동기 처리의 장단점

1. 장점

1. 여러 작업을 동시에 처리할 수 있으므로 처리 시간이 단축됩니다.

2. 블로킹이 발생하지 않아 대기 시간이 최소화됩니다.

3. 대용량 처리에 적합하며 서버의 확장성을 높일 수 있습니다.

 

2. 단점

1. 코드가 복잡해지며 디버깅이 어렵습니다.

2. 비동기 API를 제공하지 않는 라이브러리와의 호환성이 낮습니다.

3. 순서가 보장되지 않으므로 데이터 무결성에 주의해야 합니다.

 

동기 처리와 비동기 처리를 선택할 때는 처리 시간, 대용량 처리 여부, 코드의 복잡도, API 지원 여부 등을 고려하여 선택!

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✅ 스프링(Spring)에서 동기 처리와 비동기 처리의 사용

➡️ 동기 처리의 사용 예시

1. RestTemplate

스프링에서는 RestTemplate을 사용하여 RESTful API를 동기적으로 호출할 수 있습니다.

 

예시) RestTemplate을 사용한 GET 요청

RestTemplate restTemplate = new RestTemplate();
String result = restTemplate.getForObject("https://api.example.com/data", String.class);

 

위 코드는 api.example.com 서버의 /data API에 GET 요청을 보내고, 응답 결과를 String 형태로 받아옵니다.

이는 동기적으로 실행되며, 요청이 완료될 때까지 블로킹되어 다른 작업을 수행할 수 없습니다.

 

 

2. JdbcTemplate

JdbcTemplate을 사용하여 데이터베이스 쿼리를 동기적으로 수행할 수 있습니다.

 

예시) JdbcTemplate을 사용한 SELECT 쿼리

JdbcTemplate jdbcTemplate = new JdbcTemplate(dataSource);
List<User> users = jdbcTemplate.query("SELECT * FROM users", new BeanPropertyRowMapper<>(User.class));

 

위 코드는 dataSource를 통해 데이터베이스에 연결하고, users 테이블의 모든 데이터를 조회한 뒤,

User 클래스의 인스턴스로 매핑하여 리스트로 반환합니다.

이 역시 동기적으로 실행되며, 쿼리가 완료될 때까지 블로킹됩니다.

 

➡️ 동기 처리의 사용 예시

1. @Async 어노테이션

@Async 어노테이션은 스프링이 제공하는 비동기 처리 방식 중 가장 간단한 방법입니다.(해당 메서드가 비동기적으로 실행)

 

예시) 다음과 같이 메서드를 선언하고 @Async 어노테이션을 붙이면 해당 메서드는 비동기적으로 실행됩니다.

@Service public class MyService { @Async public void doSomething() { // ... } }

 

위와 같이 비동기 메서드를 선언하고 호출하면, 해당 메서드가 비동기적으로 실행되어 원래 호출한 스레드는 다른 작업을 처리할 수 있게 됩니다.

 

 

2. WebFlux

WebFlux는 스프링 5부터 추가된 리액티브 프로그래밍을 지원하는 모듈입니다.

이 모듈을 사용하면 비동기적으로 동작하는 웹 애플리케이션을 만들 수 있습니다.

WebFlux는 Reactor 프로젝트의 Mono와 Flux를 사용하여 비동기적으로 HTTP 요청을 처리합니다.

@RestController public class MyController { 
	@GetMapping("/hello") public Mono<String> hello() { 
    return Mono.just("Hello, world!"); 
    } 
}

 

위의 코드에서 Mono는 0 또는 1개의 결과를 반환하는 리액티브 타입입니다.

Mono.just() 메서드를 사용하여 간단한 문자열을 반환합니다.

이를 실행하면 비동기적으로 "Hello, world!" 문자열이 반환됩니다.

 

 

➡️ 결론

스프링에서는 비동기 처리를 위한 다양한 방법을 제공하고 있습니다.

@Async 어노테이션은 비동기적으로 실행될 메서드를 간단하게 정의할 수 있고,

WebFlux는 리액티브 프로그래밍을 지원하여 비동기적으로 HTTP 요청을 처리할 수 있습니다.

어떤 방법을 사용할지는 상황에 따라 다르기 때문에, 적절한 방법을 선택하여 사용해야 합니다.