헷갈린다. 너란 Synchronous, Asynchronous / Blocking, Non-Blocking

정유정 | yujeong choung·2023년 4월 9일

Blocking asynchronous non blocking synchronous

Computer-Science

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자바스크립트를 공부하면서 동기(Synchronous)와 비동기(Asynchronous)라는 단어 자체는 참 많이 들어봤고 코드상에서 사용은 많이 하면서 동기는 함수들의 실행 순서가 보장 되고 비동기는 보장되지 않는다 정도로만 알고있었다.

그래서 동기와 비동기를 더 찾아보았는데, 동기와 비동기에서 끝나는 것이 아니라 Blocking, Non-Blocking이라는 개념도 같이 등장하면서 오히려 혼돈의 구멍으로 뺘져들었다. 🤪

처음에는 비슷한 개념이 아닌가? 하는 생각이 들었는데 단어의 뜻을 이해해보고 예시로 풀어보니 Synchronous, Asynchronous / Blocking, Non-Blocking 은 완전히 다른 개념이며 두 개념이 바라보는 관점 자체가 다르다는 것을 깨달았다.

이렇게 각각의 개념이 다르기 때문에, 코드를 짜다보면 두가지 중에 하나만 써야지! 가 아니라 두 개념이 섞여서 녹아들 수 밖에 없다. 필자의 코드에도 동기 비동기만으로 이분법적으로 나눠져 있는 것이 아니라 blocking, non-blocking 개념도 함께 녹아져 있다는 것을 알게되었다.

아마 필자처럼 Synchronous, Asynchronous / Blocking, Non-Blocking 검색을 해봤다면 아래의 사진은 한번쯤 만나봤을 것이다.

이미지 출처: https://interconnection.tistory.com/141

그런데 솔직히 이 사진만 봤을 때는 이걸 어떻게 이해해야 하지 싶을 것이다. 지금은 이렇게 같이 사용된다라는 정도만 알아두고 Synchronous, Asynchronous / Blocking, Non-Blocking 각각을 먼저 알아본 후 어떻게 서로 함께 사용되는지 밑에서 더 알아보면 좋을 것 같다.

바라보는 관점이 다른 Synchronous, Asynchronous / Blocking, Non-Blocking

말 그대로 두가지 개념은 각각 다른 관점을 가지고 있다.

Synchronous, Asynchronous : 전체적인 흐름속에서 각각의 작업들에 완료 여부를 신경 쓰느냐 안쓰느냐에 따른 작업들의 순서가 보장되는지에 대한 관점

Blocking, Non-Blocking : 전체적인 흐름속에서 한 작업을 수행했을 때 그 작업이 전체적인 흐름을 막는지 안막는지에 대한 관점

자, 조금 더 자세하게 들어가보자.

Synchronous와 Asynchronous

Synchronous의 사전적 의미를 찾아보면 이렇게 나온다.

happening or existing at the same time

동시에 발생하거나 존재하는

이와 반대로 Asynchronous의 사전적 의미는 이렇다.

not existing or happening at the same time

동시에 발생하거나 존재하지 않는

사실 Synchronous 와 Asynchronous는 형용사이기 때문에 무엇이 동시에 발생하거나 존재하는지에 무엇은 상황에 따라 달라질 수 있다.

필자는 Synchronous, Asynchronous 에서의 무엇을 한 작업의 완료와 다음 작업의 수행 으로 표현해보려한다.

Synchronous에서 무엇을 필자가 말한 상황에 대입해보면 Synchronous는 한 작업의 완료와 다음 작업의 수행이 동시에 발생한다로 볼 수 있고, Asynchronous는 한 작업의 완료와 다음 작업의 수행이 동시에 발생하지 않는다로 볼 수 있다.

이렇게 한 작업의 완료와 다음 작업의 수행이 동시에 일어난다는 것은 다음으로 수행돼야 하는 작업이 이전 작업의 완료 여부에 대해서 관심을 가지고 지켜보고 있다라는 말이 된다.
또한, 어떤 작업이 끝나고 다음 작업을 실행하는 것이기 때문에 작업들이 어떠한 순서를 가지고 진행됨을 의미하게 되는 것이다.

그렇기 때문에 Synchronous, Asynchronous는 작업들의 순서가 보장되는지에 대한 관점이라고 보는 것이다.

그렇다면 Blocking, Non-Blocking의 어떤 작업이 전체적인 흐름을 막는지 안막는지에 대한 관점은 무슨 말일까?

Blocking과 Non-Blocking

우리가 실생활에서도 자주 쓰는 단어인 Blocking은 무엇인가를 막는다라는 의미를 가지고 있고, Non-Blocking은 무엇인가를 막지 않는다 라는 의미를 가지고 있다.

여기서 무엇을 막는다라는 것에 무엇은 한 작업을 실행하고 있을 때 다른 작업의 실행을 막는다로 이해해보려 한다.
컴퓨터에서 작업을 실행시키는 것을 막는다는 것은 제어권이 누구한테 있느냐와 관련이 있다. ( 여기서 제어권은 작업을 실행 시킬수 있는 권리 정도로 보면 좋을 것 같다. )

간단하게 A 함수와 B 함수를 가지고 예시를 들어보자면

    제어권을 가지고 있는 A 함수가 B 함수를 호출해서 제어권을 B 함수에 넘겨준다면, 
    A 함수는 B 함수 실행 코드 이후의 코드들은 더이상 실행하지 못하고 B 함수가 제어권을 다시 넘겨줄 때까지
    기다려야 한다. 이러한 상황을 **Blocking** 이라고 한다.
    
    이와 반대로, A 함수가 B 함수를 호출해도 제어권은 그대로 자신이 가지고 있으면서 
    B 함수 실행 코드 이후의 코드들을 계속 실행한다면 이는 곧 **Non-Blocking** 이라고 한다.

이렇게 관점이 다른 동기, 비동기 / 블로킹, 논블로킹은 어떻게 같이 사용 되게 될까?

다시 돌아온 Synchronous, Asynchronous / Blocking, Non-Blocking

글 초기 이미지에서 봤던것처럼 Synchronous, Asynchronous / Blocking, Non-Blocking 조합은 4가지로 나눌 수 있다.
1. Synchronous + Blocking
2. Synchronous + Non-Blocking
3. Asynchronous + Non-Blocking
4. Asynchronous + Blocking

1. Synchronous + Blocking (동기 + 블로킹)

동기 방식이기 때문에 작업의 흐름순서가 보장되지만, 블로킹 방식이기 때문에 한 작업이 수행 될 때 다른 작업을 동시에 진행될 수 없고 기다려야 한다.

    function watchOnlineClass () {
        let minute = 100;
        while(minute > 0){
            console.log(`강의 종료까지 ${minute}분 남았습니다.`);
            minute--;
        }
    }
    
    function study () {
        console.log('공부 시작!');  
        watchOnlineClass();
        console.log('공부 끝!');
    }
    
    study();

   공부 시작!
   강의 종료까지 100분 남았습니다.
   강의 종료까지 99분 남았습니다.
   ...
   강의 종료까지 2분 남았습니다.
   강의 종료까지 1분 남았습니다.
   공부 끝!

위의 예시에서 볼 수 있듯이 작업들은 흐름을 가지고 진행되게 되며, 온라인 강의를 다 듣고 나서야 공부를 끝마칠 수 있게된다.

공부 시작! 을 외치면서 study 함수를 시작하게 되고
- watchOnlineClass 함수를 실행 시키면서 watchOnlineClass 가 끝날때까지 기다린다. (Blocking)
- watchOnlineClass 함수가 끝나고 나서야 비로서 study 함수는 공부 끝!을 외치고 작업을 마칠 수 있게된다. (Synchronous)

위에서의 예시가 watchOnlineClass 를 실행하여 강의 시청중에는 아무것도 하지 못하는 블로킹이였다면 강의 시청중에 노트 필기까지 같이 하려고 한다면 이는 곧 Synchronous + Non-Blocking (동기 + 논블로킹) 를 의미한다.

2. Synchronous + Non-Blocking (동기 + 논블로킹)

동기 방식이기 때문에 작업의 흐름순서가 보장되지만, 논블로킹 방식이기 때문에 한 작업이 수행하면서 다른 작업도 동시에 수행할 수 있다.

💡 자바스크립트의 제너레이터를 이용하면 동기 + 논블로킹을 구현 해낼 수 있다.

제너레이터를 더 자세하게 알고싶다면 여기를 참고하면 좋을 것 같다.
우선은 제너레이터는 제너레이터를 호출한 호출자에게 제어권을 넘겨줄 수 있다 정도로 알고 예시를 보도록 하자

function* watchOnlineClass () {
  let minute = 100;
    while(minute > 0){
        console.log(`강의 종료까지 ${minute}분 남았습니다.`);
        minute--;
        yield;
	}
}

function study () {
    console.log('공부 시작!');
    
    const generator = watchOnlineClass();
    let watch = {};
        
    while (!watch.done) {
        console.log(`틈틈이 강의 노트 필기~`);
        watch = generator.next();
    }
    console.log('공부 끝!');
}

study();

공부 시작!

틈틈이 강의 노트 필기~
강의 종료까지 100분 남았습니다.
틈틈이 강의 노트 필기~
강의 종료까지 99분 남았습니다.

...

강의 종료까지 2분 남았습니다.
틈틈이 강의 노트 필기~
강의 종료까지 1분 남았습니다.
틈틈이 강의 노트 필기~

공부 끝!

위의 예시에는 watchOnlineClass 함수를 실행하여 강의 시청을 하면서 강의 시청중에 노트 필기까지 같이 하고 있다.

공부 시작! 을 외치면서 study 함수를 시작하게 되고
- watchOnlineClass 함수를 실행 시키면서 강의 시청과 동시에 노트 필기(Non-Blocking) 를 하면서 주기적으로 강의 시청이 끝났는지를 확인한다.
- 강의 시청이 끝나지 않았다면 계속해서 노트 필기를 하게 되고 강의 시청이 끝나기전까지는 공부 끝!을 외칠 수 없다. (이는 곧 작업들이 순차적인 흐름을 가지고 있음을 의미한다. Synchronous)
- watchOnlineClass 함수가 끝나고 나서야 비로서 study 함수는 공부 끝!을 외치고 작업을 마칠 수 있게된다.

3. Asynchronous + Non-Blocking (비동기 + 논블로킹)

비동기 방식이기 때문에 다른 작업이 끝났는지 끝나지 않았는지에 대해서는 신경쓰지 않고, 논블로킹 방식이기 때문에 한 작업이 수행하면서 다른 작업도 동시에 수행할 수 있다.

function watchOnlineClass () {  
    let minute = 100;
    
    while(minute > 0){
        console.log(`강의 종료까지 ${minute}분 남았습니다.`);
        minute--;
    }
}

function study () {
    console.log('공부 시작!');
    console.log('오늘은 공부가 하기싫은데 강의는 들어야 하고,,');
    console.log('강의만이라도 틀어둘까..?');
    
    setTimeout(() => {
        watchOnlineClass();
    }, 0);
	
    console.log('몰라, 공부 끝!');
}

study();

공부 시작!
오늘은 공부가 하기싫은데 강의는 들어야 하고,,
강의만이라도 틀어둘까..?
몰라, 공부 끝!

강의 종료까지 100분 남았습니다.
강의 종료까지 99분 남았습니다.
...
강의 종료까지 2분 남았습니다.
강의 종료까지 1분 남았습니다.

위의 예시에는 watchOnlineClass 함수를 실행하여 강의를 틀어두기만 하고 강의가 끝나는지에 대한 여부에 대해서는 신경쓰지 않고 있다.

공부 시작! 을 외치면서 study 함수를 시작하게 되고
- 강의만 틀어둘까 고민하다가 watchOnlineClass 함수를 실행 시켜버린채 강의가 끝났는지에 대한 여부와 상관없이(Asynchronous) 강의만 틀어져 있는동안 몰라, 공부 끝!을 외쳐버리고(Non-Blocking) 공부를 마치게 된다.
비동기와 논블로킹 방식은 여러 개의 작업을 동시에 처리할 수 있지만 너무 복잡하게 얽힌 비동기 처리는 흐름을 읽기 어렵게 만들기 때문에 자바스크립트에서 Promise나 async/await 문법을 활용하여 흐름을 더 직관적으로 만들고자 하는 것이다.

4. Asynchronous + Blocking (비동기 + 블로킹)

비동기와 블로킹 방식은 흔하게 접할 수 있는 조합은 아니며 Linux와 Unix 운영체제의 I/O 다중화 모델 정도에서 사용된다고 한다.

아래의 이미지가 비동기 + 블로킹을 검색했을 때 가장 많이 나오는 이미지인데 중간쯤에 보면 Select 함수가 있다.

이 Select 함수에 대해 간단하게 설명하자면, 이 함수가 바로 작업을 블로킹하고 비동기 방식이기 때문에 여러 개의 I/O를 동시에 감시하며 처리할 수 있다. 자신이 감시하고 있는 파일들에서 I/O가 발생하는지를 확인하며 Select 함수가 종료되면 감시하던 파일들 중에서 처리해야할 파일의 개수를 반환해 주면 블로킹이 풀리게 되는 방식이다.

지금까지 Synchronous, Asynchronous / Blocking, Non-Blocking 에 대해서 정리해봤는데 확실히 헷갈렸던 개념이지만 이번 기회에 어느 정도 정리가 되면서 혼돈의 구멍에서 조금은 빠져 나올 수 있었던 것 같다.

완벽하게 차이를 가지고 이해하고 설명하기에는 어려운 개념이기에 필자의 이번 글을 통해 Synchronous, Asynchronous / Blocking, Non-Blocking 이 바라보는 관점이 완전히 다르며 서로 다른 개념이라는 정도만이라도 이해할 수 있는 시간이였으면 좋겠다.

Reference

정유정 | yujeong choung

언제나 새로운 도전을 꿈꾸는 개발자

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