F017 - Blocking, Non-Blocking / Synchronous, Asynchronous

✍️ 예전에 Node.js를 잠깐 공부하면서 기초 지식을 쌓는다고 해당 개념을 스쳐 지나가 듯 찾아 봤던 기억이 있다.

블로그에 정리도 했던 것 같은데, 당시에는 Thread와 Process 그리고 이로 인해 운영체제가 어떻게 작동하는지 조금도 알지 못했기 때문에 전혀 이해가 안된 상태로 글만 정리했었다. (복붙 수준)

이번 시간에는 그래도 위의 개념에 대해 미약하게나마 정리가 되었으니 이를 발판으로 동기와 비동기, Blocking과 Non-Blocking에 대해 공부해보자!

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Blocking / Non-Blocking

Blocking : 어떠한 행위에 의해 자신의 행위를 이어서 수행하지 못하거나 막히는 것.

Non-Blocking : 어떠한 행위에 구애 받지 않고 자신의 행위를 수행하는 것.

Sync / Async

프로그래밍에서의 동기란 동시에 일어난다는 뜻으로, 이는 요청하는 함수와 응답하는 함수 간의 데이터 동기를 한다는 의미를 가진다.
작업의 단위 (Transaction)을 동기화하면 Sync, 동기화하지 않는다면 Async이다.

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결국 둘은 비슷한 개념 아닌가?

분명 동기와 블락킹은 언뜻 보면 마치 동일한 개념처럼 보인다. 하지만 이 둘은 바라보는 시점에 따라 그 의미가 달라진다.
Blocking, Non-Blocking의 기준은 제어권을 어느 쪽이 가지고 있느냐로 나뉘어지지만, Sychronous, Asynchronous 는 작업의 반환에 대해 영향을 받는지 받지 않는지로 나뉘어진다.

간단한 설명을 통해 이해해보자.

📍 Blocking
: A 메소드가 B 메소드를 호출하는 순간, A 메소드는 B 메소드가 작업을 마무리하지 못하거나 예외가 발생하면 A 메소드는 나머지 작업을 수행하지 못한다.
즉, A 메소드에 대한 권한이 B 메소드를 호출함과 동시에 제어권이 넘어가게 된다.

📍Non-Blocking
: Blocking의 경우 B 메소드에 의해 A 메소드의 작업을 이어갈지, 종료될지가 결정되었다.
하지만 Non-Blocking은 B 메소드의 작업 수행에 대해 관여하지 않기 때문에 B 메소드가 비정상적으로 종료되거나 작업을 마무리 했다고 해도 이에 대해 간섭을 받지 않는다.

📍 Synchronous
: 이전에 배운 synchronized 예약어나 AtomicType 클래스를 짚어보자.
Java에서는 여러 스레드가 동시에 특정 데이터에 접근해야 할 때 동시성을 보장하기 위해서 데이터에 먼저 접근한 스레드의 작업이 종료되어야 다음 스레드가 데이터에 접근 할 수 있도록 할 수 있다.
이를 통해 Synchronous 개념은 마지 Queue 자료구조와 같이 선입선출을 구조를 가진다고 할 수 있다.

📍 Asynchronous
: 요청에 대한 return 에 구애 받지 않고 함께 그리고 각자 작업을 수행하는 개념이다.
즉, A 스레드가 B 스레드에게 어떤 작업을 요청하지만, A 스레드는 해당 작업에 대한 B 스레드의 return 에 관여하지 않고 B 스레드에게 요청함과 동시에 자신의 나머지 작업을 수행한다.
여러 스레드가 동시 다발적으로 각자 작업을 수행하기 때문에 여러 스레드가 같은 데이터에 접근하여 작업하는 경우, 데이터의 값이 예상값과 다를 수 있다.

Blocking, Synchronous

가장 기본이 되는 I/O 모델로, Read와 Write 같은 I/O의 System Call을 의미한다.
이러한 구조를 가지는 언어로는 Java가 대표적이다.
Stream을 통해 Java Application 외부와 통신 할 수 있는데, 이 때 Stream은 단방향 통로로 데이터가 Input 혹은 Output Stream으로만 흐르게 되어 해당 Stream이 닫히지 않으면 (Closeable 구현) 이후의 작업이 불가능 한 점이 Blocking, Synchronous 의 예시가 될 수 있겠다.

Closing Streams in Java

Non-Blocking, Synchronous

애플리케이션에서 System Call을 요청하면 Kernel 에서는 해당 요청에 대한 작업을 처리하지 않았지만, 현상태를 애플리케이션에 반환하면서 동기적으로 서로 통신한다.
이 때, 애플리케이션은 Kernel에 요청한 이후로 멈추지 않고 나머지 작업을 수행하지만, 요청에 대한 데이터 상태를 지속적으로 확인하게 되는데 이러한 방식은 반복적인 System Call로 인해서 CPU 낭비를 야기한다.

Blocking, Asynchronous

애플리케이션의 초기 System Call에 의해 Kernel은 해당 요청에 대해 끝나지 않았지만 이를 애플리케이션에 응답하고, 애플리케이션은 제어권이 Kernel로 넘어간 상태이니 Blocking 상태로 유지된다.

이후에 Kernel에서 요청에 대한 작업을 완료한 뒤 애플리케이션에 응답을 하면 애플리케이션의 Blocking 상태가 해제된다.

대표적으로 Ajax 가 있다.

Non-Blocking, Asynchronous

애플리케이션이 초기 System Call을 Kernel에 요청함과 동시에 Kernel은 이에 대한 응답을 하고, 애플리케이션은 요청에 대한 응답에 관계없이 자신의 작업을 수행한다. 대표적으로 Web Socket이 Non-Blocking, Asynchronous에 속한다.

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참고 사이트

Sync VS Async, Blocking VS Non-Blocking

http://wiki.plateer.com/pages/viewpage.action?pageId=7767390