Week 7

Week 7
: 더 꼼꼼히 정리하기

✍️  6월 셋째 주 멘토링!
지난 몇 주 동안 공부한 내용을 블로그에 작성하지 못해서 이번 주는 정리를 목표로 한 주를 보냈다.

이번 주는 IO와 NIO에 관련한 내용들을 공부했는다.
정리할 때는 이제 좀 이해가 되는구나 했는데, 막상 멘토링 시간에 직접 설명하려고 하다보니 어버버 거리면서 요점을 벗어난 이야기만 했다.

왜 그럴까 생각해보니 직접 코드를 작성해서 느끼는 시간보다 블로그 서치하면서 글로 정리하는 시간이 더 많아 크게 와닿지 않았던게 가장 큰 이유고 두 번째 이유는 CS에 대한 전반적인 이해가 부족해서 이해에 대한 속도가 늦었던 것 같다.
많은 반성의 시간을 가지는 멘토링 시간이였다..😿

그럼에도 기록하지 않으면 까먹으니까 멘토링 내용을 기록해보자!

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1. ThreadLocal

ThreadLocal 클래스는 스레드와 연결하려는 클래스의 멤버 필드로 사용되며, Getter와 Setter 메소드로 데이터 접근이 가능하다.
즉, 각 스레드에 종속되는 스레드 전용 지역 변수, 멤버 필드라는 의미이다.
Java 8 Reference를 참고하면 ThreadLocal 변수가 final static 제어자로 선언되어 있는데 그 이유는 뭘까?

메소드의 지역 변수는 해당 메소드가 종료되면 할당된 메모리를 반납하기 때문에 직접적으로 외부 메소드에서 접근 할 수가 없다.
또한, 다른 스레드에서도 접근하는 변수일 경우(동시성을 보장하는 여러 방법이 있지만) 데이터의 동시성을 보장 해줄 수 없다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서 스레드 전용 지역 변수로 ThreadLocal 클래스를 이용하며,
스레드 내부에서 호출되는 모든 메소드가 ThreadLocal 객체에 접근 할 수 있고 데이터의 불변성을 보장하여야만 스레드 내의 모든 곳에서 접근 할 수 있기 때문에 final static 제어자를 함께 선언한다.

✔️ 사용 예시
- Spring Security - 사용자 인증 정보 전파
- MDC Filter - 스레드 별 로그 (Tomcat 같은 WAS나(스레드 발급, 반납) 싱글톤 디자인 패턴에서는 어떻게 사용될까?)

 

2. Blocking / Non-Blocking

글로 정리할 때는 나름 명확히 이해했다고 생각했는데, 막상 설명하려고 하니 제대로 말한게 없던 개념이다.
이번 게시글로 다시 정리해보자.

Blocking과 Non-Blocking은 제어권을 가지는 관점으로 바라보는 개념이다.
하지만 이는 관념적인 이야기이고, 진짜 중요한 키포인트는 Blocking과 Non-Blocking은 IO 접근에 대한 개념이다.

📍 Blocking
IO 작업을 수행하기 위해서는 OS 커널에 접근해며, 해당 프로세스를 점유하고 있는 CPU는 IO 작업이 마무리될 때 까지 대기 상태를 유지한다. 이 때, IO 작업을 수행하는 CPU는 자원을 사용하지 않기 때문에 발생하는 리소스 낭비가 크다. 

📍 Non-Blocking
Blocking과 달리 IO 작업을 진행하는 동안 현재 CPU를 점유 중인 프로세스를 중단하지 않는다. 즉, CPU 자원을 활용 할 수 있기 때문에 자원의 낭비가 Blocking에 비해 줄어든다.

I/O 모델 : blocking, non-blocking, 동기, 비동기

3. Synchronous / Asynchronous (동기 / 비동기)

Blocking, Non-Blocking IO 모델과 달리 스레드 혹은 프로세스의 관점에서 바라보는 개념이라고 할 수 있다.
동기, 비동기는 작업의 반환에 대해 영향을 받는지에 따라 나뉘어진다. 

📍 Synchronous (동기)
동기는 프로세스(혹은 스레드)가 커널에게 IO 작업을 요청하고, 해당 요청에 대한 응답(작업의 반환)이 올 때 까지 대기(Wait)하며 동기화하는 작업을 말한다. Blocking 처럼 IO 작업에 의해 프로세스가 중단되는 것에 대한 관점이 아니라 프로세스 요청에서 커널의 작업으로 Context Switching이 일어나면서 프로세스의 작업이 잠깐 대기한 상태가 되는 것을 의미한다.

📍 Asynchronous (비동기)
비동기는 동기와 달리 프로세스(혹은 스레드)가 커널에게 IO 작업을 요청 했을 때, 커널의 응답에 대해 영향을 받지 않는다.
즉, 비동기적으로 다른 작업을 수행 할 때, 해당 작업이 종료되지 않아도 다른 작업으로 이동 할 수 있다는 것을 의미한다.

(영향을 받지 않는다는 말은 커널의 응답을 인식하지 않아도 커널에게 요청한 IO 작업 이후의 작업을 프로세스는 수행한다는 말이다.)

Asynchronous vs synchronous execution, what does it really mean?

 

4. Buffer

해당 개념을 설명할 때, Block에 대한 개념도 함께 설명 했는데, 그 때문인지 Buffer의 중요한 개념인 모아서 한번에! 라는 점을 놓쳐버렸다. 녹음한 내용을 듣다보면 정말 쥐구멍에 들어가고 싶을 정도다. 이번 회고를 통해 다시 한 번 정리하는 시간을 가져보자.

먼저 해당 개념을 설명하기 위해서는 파일이나 데이터에 접근하는 방법에 대해서 알고 있어야 한다.
파일을 디스크에 저장한다고 했을 때, 그냥 무작정 저장되는 것이 아니라 디스크(혹은 메모리 등의 기억 장치들) 영역을 Block이라는 공간으로 나누고, 해당 영역에 맞게 파일(혹은 데이터)를 저장하게 된다.

Java 애플리케이션을 통해서 파일을 저장하는 로직을 작성했다고 가정 했을 때, 기존의 java.io는 Buffer를 지원해주지 않아 데이터를 쓰는 즉시 디스크(혹은 메모리)에 접근하여 파일을 저장하도록 한다. 
해당 작업을 한 번만 했을 때는 무엇이 문제인지 파악하기 힘들다. 하지만 만약 이러한 작업을 100,000번 하는 경우라면 어떻게 될까?

일단, 파일을 저장하는 행위를 한 번 수행 할 때 마다 디스크에 접근 하게 되는데, 이는 불필요하게 많은 디스크 접근으로 인해 작업을 마무리 할 때까지 해당 프로세스(스레드)는 계속해서 CPU를 점유하고 있어 다른 작업을 빠르게 수행하지 못하는 자원 낭비를 야기 할 수 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위해서 Buffer 를 사용한다.
Buffer는 파일을 쓰거나 읽을 때 즉시 읽거나 저장하지 않고, 저장하고자 하는 데이터나 외부에서 전달 받은 데이터를 Buffer 객체에 담아서 여러 개의 데이터를 Buffer 객체를 통해 디스크에 접근하게 된다.

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추가적으로 공부할 내용들

💥 OSI 7 Layer

💥 Socket

💥 Http / Https / SSL

📚 Blocking / Non-Blocking, Synchronous / Asynchronous