동기/비동기와 블로킹/논블로킹

Intro.

지난 게시글에서 멀티 스레딩과 성능, 그리고 그 효율 뒤에 숨겨진 컨텍스트 스위칭 비용에 대해 알아보았다. 결국 우리가 멀티 스레드를 쓰는 근본적인 이유는 "여러 일을 동시에 처리해서 응답성을 높이기 위함"이었다.

 

이 '응답성'을 이야기할 때 절대 빠질 수 없는 개념이 바로 동기(Synchronous)와 비동기(Asynchronous)다. 멀티 스레드와 혼동하기도 하지만, 사실 이건 '작업을 어떻게 수행하느냐'에 대한 이야기다. 

 

---

동기(Synchronous)

동기 방식은 말 그대로 '동기화'를 맞춘다는 뜻이다. 어떤 작업이 시작되면 그 작업이 끝날 때까지 다음 작업은 시작하지 않고 기다린다. 카페에서 커피를 주문했는데, 직원이 커피를 다 만들어서 내 손에 쥐어 줄 때까지 내가 카운터 앞에서 꼼짝도 않고 서 있는 상황이다. 내 뒤에 줄을 선 사람들은 내가 커피를 받을 때까지 아무도 주문을 못 한다.

 

효율이 당연히 좋지는 않겠지만, 설계가 매우 간단하다 못해 직관적이고 쉽게 결과가 예측 가능하다는 장점이 있다.

 

---

비동기(Asynchronous)

비동기 방식은 작업을 요청해 두고, 그 작업이 끝나기를 기다리지 않은 채 바로 다음 일을 하러 가는 방식이다. 카페에서 주문을 하고 진동벨을 받은 뒤 자리에 앉아 내 할 일을 하는 상황이다. 직원이 커피를 다 만들면 진동벨로 '알림'을 주고, 그때 비로소 나는 커피를 받으러 간다. 내가 기다리는 동안에도 다른 사람들은 계속 주문을 할 수 있다.

 

무엇보다 효율적이지만, 설계가 복잡하다.

 

---

멀티 스레드와 비동기는 같은 거 아니야?

이런 의문이 들 수도 있다. 멀티 스레드는 누가 일을 하느냐이고, 비동기는 어떻게 일을 하느냐의 방식에 따른 것이다. 놀랍게도, 단일 스레드로도 비동기를 구현할 수 있다. (Node.js가 대표적인 예시)

 

싱글 스레드인 자바스크립트가 비동기 처리를 기가 막히게 잘하는 것을 보면 알 수 있듯이, 일꾼이 한 명이라도 비동기 방식으로 일하면 여러 일을 동시에 처리하는 것처럼 보일 수 있다.

 

---

왜 다 비동기 방식으로 하지 않을까?

얼핏 들으면 비동기 방식이 무조건적으로 더 좋아 보인다. 하지만 왜 모두가 이 방식을 사용하지 않을까?

 

우선 코드의 구현이 직관적이지 않아서 개발이 어렵다는 단점이 크다. 특히 작업을 넘기고 다음 작업할 때 오류가 발생하면 어디서 오류가 발생했는지 추적하기도 힘들다. 

 

비동기 처리가 공짜는 아니다. 비동기를 구현하기 위해서는 이벤트 루프를 돌리고, 작업 큐에 넣고 빼는 등의 추가적인 관리 비용이 발생하게 되는데 만약 1+1을 한다고 치자. 그러면 계산 자체는 짧은 시간이 걸리는데 이걸 비동기 처리하는데 시간을 더 많이 쓰게 된다.

 

우리 프로그램의 로직 중에는 반드시 의존성이 강한 일들이 아주 많다. 즉, 무조건 순차적으로 실행되어야 하는 경우가 있다는 것이다. 결제 시스템이 대표적인 예시이다..

1. 잔액이 있는지 확인한다.
2. 잔액을 차감한다.
3. 결제 완료 메시지를 보낸다.

이 과정에서 2번(차감)이 끝나기도 전에 3번(메시지)이 비동기로 실행되어 버리면? 돈은 안 빠져나갔는데 결제 완료라고 뜨는 대참사가 날 수 있다. 이렇게 순서가 생명인 로직에서는 비동기보다 동기적인 흐름이 훨씬 안전하고 명확하다.

 

---

블로킹(Blocking)

블로킹은 말 그대로 '막아버린다'는 뜻이다. 호출된 함수가 자신의 작업을 모두 마칠 때까지 제어권을 계속 갖고 있어서, 호출한 쪽은 아무것도 못 하고 그 자리에서 대기하게 만든다. 직원에게 서류 확인을 요청했는데, 직원이 "잠시만요" 하더니 서류를 다 읽을 때까지 내 손을 꽉 잡고 안 놓아주는 상황이다. 나는 직원이 서류를 다 볼 때까지 다른 업무는커녕 화장실도 못 가고 서 있어야 한다.

 

동기와 비슷한 느낌이라고 생각하면 된다.

---

논블로킹(Non-blocking)

논블로킹은 호출된 함수가 일을 시작하자마자 "일단 알겠어!" 하고 제어권을 바로 돌려주는 방식이다. 호출한 쪽은 제어권을 바로 돌려받았으니, 작업이 끝나기를 기다리는 동안 다른 일을 할 수 있다. 직원에게 서류 확인을 요청했더니, 직원이 "알겠습니다, 확인하는 동안 다른 업무 보고 계세요!"라고 말하며 바로 내 손을 놓아준다. 나는 자리에 돌아가서 다른 메일을 보내거나 전화를 받을 수 있다. 중간중간 "다 됐나요?"라고 물어볼 수도 있다.

 

비동기와 비슷한 느낌이라고 생각하면 된다.

---

동기/비동기 vs 블로킹/논블로킹

이게 제일 중요하다. "비동기면 논블로킹 아니야?"라고 생각할 수 있는데, 둘은 관심사가 다르다. 블로킹이냐 논블로킹이냐는 제어권이 핵심이다. 즉, 한 놈이 일하는 동안 다른 애들을 차단시키는 방식으로 제어권을 독점하냐 안 하냐의 차이가 핵심이다.

• 동기/비동기: 결과가 나왔을 때 누가 챙기느냐?
• 블로킹/논블로킹: 기다리는 동안 호출한 놈의 일이 중단되느냐? 

 

이 두 가지를 조합하면 총 4가지 케이스가 나오는데, 대표적인 두 가지만 살펴보도록 하겠다.

1. Sync-Blocking (가장 흔한 방식): "커피 나올 때까지 카운터 앞에서 멍하니 기다리기." 대부분의 일반적인 코드 실행 방식이다.
2. Async-NonBlocking (가장 효율적인 방식): "주문하고 자리에 앉아 내 공부하기. 커피가 다 되면 진동벨이 울림." Node.js나 고성능 서버 엔진이 추구하는 방식이다.
3.