[Kotlin] Coroutine - 1. 코루틴에서 동시성이란?

코루틴이란?

같은 프로세스라도 쓰레드를 어떻게 운영하느냐에 따라서 처리량이 많이 달라질 수 있죠 🔄

코틀린의 경우 코루틴 이라는 동시성이 가능하도록 하는 기능이 있습니다

코루틴은 일반적으로 경량 쓰레드 라고 불리워지며 쓰레드당 하나의 명령만 실행됩니다

즉, 쓰레드보다는 생성비용이 가볍고 빠르게 생성할 수 있다는 것에 장점이 있습니다 👍

코틀린은 왜 경량 쓰레드라고 불러질까요?

https://stackoverflow.com/questions/63719766/why-kotlin-coroutines-are-considered-light-weight

Why kotlin coroutines are considered light weight?

실제로 JVM 에서 Thread 를 만들게 되면 Heap 메모리를 1MB 차지하게 되는데, 

코루틴의 경우 64KB 만큼의 메모리 할당량을 가지기 때문에 경량 쓰레드라고 불리워집니다.

 

다만 실제로 하는 역할은 쓰레드라고 볼 수는 없습니다.

왜냐하면, 코루틴이 동작하는 환경은 여러 쓰레드를 Context Switching 하면서 진행되기 때문입니다

가벼운 코루틴을 만들어보자

suspend fun createCoroutines(amount: Int) {
    val jobs = arrayListOf<Job>()
    jobs += CoroutineScope(Dispatchers.Default).launch {
            println("Start $i in ${Thread.currentThread().name}")
            delay(1000)
            println("End $i in ${Thread.currentThread().name}")
        }
    jobs.forEach { it.join() }
}

위에 대한 코드는 1초의 blocking job 을 amount 의 개수만큼 생성하는 코드에요
amount 를 10_000 개를 생성하면 1100ms 에 처리가 모두 끝나는 군요

그렇다면 10배인 100_000 개를 생성하면 11000ms 가 걸릴까요? 🤔

 

하지만 아닙니다

 

신기하게도 1600ms 로 수행이 끝나게 됩니다
왜 그럴까요? 결국 코루틴이라는 것은 하나의 쓰레드에서 수행을 시작하지만 수행 완료 시점에서는 다른 쓰레드에서 끝날 수 있기 때문입니다

Coroutine

즉 A라는 코루틴은 X 쓰레드에서 시작하여 Y 쓰레드에서 끝날 수 있습니다

참 신기하죠?

우리는 그래서 동시성 과 병렬성 에 대한 차이를 이해해야 합니다

동시성 vs 병렬성

바로 설명해볼게요

동시성 vs 병렬성

제목	설명
동시성	여러 작업이 동시에 실행되는 것 처럼 보이는 것
병렬성	실제로 여러 작업이 동시에 실행되는 것

쉽게 말씀드리면 동시성 은 여러 개의 작업을 빠르게 번갈아가면서 수행하므로 사용자가 동시에 처리되는 것 처럼 보이는 현상을 의미하고
병렬성 은 여러 개의 작업을 같은 시간안에 모두 처리하는 것을 의미합니다

동시성은 그래서 문맥교환(Context switching) 비용이 들고, 문맥교환이 많아질 수록 성능이 많이 저하될 수 있습니다
그래서 코루틴도 잘못설계한다면 오히려 더 성능이 저하될 수 있죠
특히 I/O 가 발생하지 않는 로직에 코루틴을 적용한다면 오히려 더 성능저하가 일어날 수 있어요

 

그래서 병렬성 을 가진다는 것은 자동적으로 동시성을 만족하게 됩니다
하지만 동시성 을 가진다고 꼭 병렬성이 되는 것은 아니에요

아~~주 쉽게 설명하면 병렬성은 CPU 단위를 의미하고
동시성은 쓰레드 단위를 의미한다고 이해하시면 되요 (아주 야매로 기억할꺼면)

조금은 이해가 되셨을란지요 ㅎㅎ 😄

코루틴에서의 자원관리

결국 코루틴에서의 핵심은 경량쓰레드를 어떻게 관리할 것인지 입니다

이를 담당하는 것이 바로 Dispatcher 가 담당하게 됩니다

public abstract class CoroutineDispatcher : 
    AbstractCoroutineContextElement(ContinuationInterceptor), ContinuationInterceptor

추상클래스로 지원하고 있으며 javaDoc 을 보시면 아래와 같은 설명이 있어요

• Dispatchers.Default: 기본적으로 제공하는 dispatcher 이며 CPU 코어수에 따라 worker 쓰레드 수를 결정하게 됩니다
• Dispatchers.IO: I/O Operation 에 해당하는 공통된 pool 을 사용합니다
• Dispatchers.Unconfined: 코루틴을 시작한 쓰레드에서 코루틴을 시작하지만, 중간 처리는 다른 쓰레드에서도 완성할 수 있다

어떻게 쓰레드를 운영하고 관리할 것인지는 Dispathcer 에 달려 있는 것이죠

코루틴 빌더

코루틴을 만드는 인터페이스는 3가지가 있습니다

public fun <T> CoroutineScope.async(
    context: CoroutineContext = EmptyCoroutineContext,
    start: CoroutineStart = CoroutineStart.DEFAULT,
    block: suspend CoroutineScope.() -> T
): Deferred<T> {
    val newContext = newCoroutineContext(context)
    val coroutine = if (start.isLazy)
        LazyDeferredCoroutine(newContext, block) else
        DeferredCoroutine<T>(newContext, active = true)
    coroutine.start(start, coroutine, block)
    return coroutine
}

async()의 경우 반환값이 존재하는 코루틴을 생성하게 됩니다. 단 코루틴 내에서 예외가 발생할 수 있기 때문에 Deferred 로 감싸져서 리턴되게 되네요

public fun CoroutineScope.launch(
    context: CoroutineContext = EmptyCoroutineContext,
    start: CoroutineStart = CoroutineStart.DEFAULT,
    block: suspend CoroutineScope.() -> Unit
): Job {
    val newContext = newCoroutineContext(context)
    val coroutine = if (start.isLazy)
        LazyStandaloneCoroutine(newContext, block) else
        StandaloneCoroutine(newContext, active = true)
    coroutine.start(start, coroutine, block)
    return coroutine
}

launch() 의 경우 결과를 반환하지 않고 실행을 하거나 실행을 취소할 수 있는 객체인 Job 객체를 반환하게 됩니다

Job 의 상태는 총 6가지로 정의됩니다

New -> Active -> Completing -> Completed
Canceling -> Cancelled

public fun <T> runBlocking(context: CoroutineContext = EmptyCoroutineContext, block: suspend CoroutineScope.() -> T): T {
    // ...
    return coroutine.joinBlocking()
}

runBlocking() 의 경우 코루틴들이 다 실행이 끝날때까지 기다리기 위한 인터페이스입니다  
위에서 작성한 예시들도 그래서 main 쓰레드에서 코루틴을 기다리게 되는 것이죠 ㅎㅎ 

마치면서

오늘은 가볍게 한번 동시성과 병렬성에 대해 훑어보고 코루틴의 인터페이스에 대해 알아보았습니다

원래 기본이 제일 어렵고 깊게 공부해야되기에 자세하게 한번 알아보았어요 ㅎㅎ

 

참고

Kotlin - Coroutines

멀티태스킹(1) - 동시성, 병렬성