동기/비동기 & 블로킹/논블로킹

프로그래밍에서 웹 서버 혹은 입출력을 다루다 보면 동기/비동기 & 블로킹/논블로킹 이러한 용어들을 접해본 경험이 한 번 쯤은 있을 것이다. 대부분 사람들은 용어들이 나타내고자 하는 행위에 대해선 멀티 테스킹과 밀접한 관련이 있다는 것으로 알고 있다. 그래서 두 개념을 비슷한 것으로 오해하는 사람들이 꽤 많다.

동기/비동기 와 블로킹/논블로킹 이 두 개념은 표현 형태는 비슷해 보일지라도, 서로 다른 차원에서 작업의 수행 방식을 설명하는 개념이다. 동기/비동기는 요청한 작업에 대해 완료 여부를 신경 써서 작업을 순차적으로 수행할지 아닌지에 대한 관점이고, 블로킹/논블로킹은 단어 그대로 현재 작업이 block(차단, 대기) 되느냐 아니냐에 따라 다른 작업을 수행할 수 있는지에 대한 관점이다.

Untitled

이처럼 두 개념에 대한 의미 차이는 명확하지만, 프로그래밍에서는 종종 혼용되어 사용되기도 한다. 대표적으로 자바스크립트의 setTimeout() 함수를 일반적으로 비동기 함수라고만 부르지만 동시에 논블로킹 함수이기도 하다. 즉, 우리가 편의상 부르는 자바스크립트 비동기 함수는 사실 비동기 + 논블로킹 함수인 것이다. 따라서 이들을 정확하게 구분하고 이해하는 것이 컴퓨터 아키텍처를 이해하는데 있어 중요하다.

동기(Synchronous) / 비동기(Asynchronous)

동기와 비동기를 알아보기 앞서, 이 두 개념을 한글이 아닌 영단어로 학습하길 강력히 권장하는 바다. 왜냐면 한글로 직역하면 ‘같은 기간’ 또는 ‘같은 주기’ 라는 뜻의 한자를 사용하는데 오히려 의미를 이해하는데 있어 더욱 혼동만 주기 때문이다. 그래서 영단어를 확인하면 Synchronous 의 Sync 는 그리스어로 ‘함께’ 라는 뜻이고 chrono 는 ‘시간’ 이라는 뜻이다.

즉, Synchronous 는 작업 시간을 함께 맞춰서 실행한다 라는 뜻으로 해석된다. 작업을 맞춰 실행한다는 말은 요청한 작업에 대해 완료 여부를 따져 순차적으로 처리하는 것을 말한다. Asynchronous 는 앞에 A 라는 접두사가 붙어 부정하는 형태이다. 그래서 동기와 반대로 요청한 작업에 대해 완료 여부를 따지지 않기 때문에 자신의 다음 작업을 그대로 수행하게 된다.

Untitled

비동기의 성능 이점

보통 비동기 특징을 이용하여 성능과 연관지어 말한다. 왜냐하면 요청한 작업에 대하여 완료 여부를 신경쓰지 않고 자신의 그 다음 작업을 수행한다는 것은 I/O 작업과 같은 느린 작업이 발생할 때, 기다리지 않고 다른 작업을 처리하면서 동시에 처리하여 멀티 작업을 진행할 수 있기 때문이다. 이는 전반적인 시스템 성능 향상에 도움을 줄 수 있다.

Untitled

예를 들어, 웹 애플리케이션에서 데이터베이스 쿼리를 수행하는 작업이 있다고 가정해보자. 이 작업을 만일 동기적으로 수행하면, 데이터베이스에서 응답이 올 때 까지 기다려야 한다. 그러면 이 때 웹 애플리케이션은 다른 요청을 처리하지 못하므로, 대규모 트래픽이 발생할 경우 웹 애플리케이션의 성능이 저하될 수 있다. 하지만 비동기 방식으로 데이터베이스 쿼리를 수행하면, 데이터베이스에서 응답이 올 때까지 기다리는 동안에도 다른 요청을 ‘동시에 처리’ 할 수 있게 된다. 이렇게 비동기 방식을 사용하면, 대규모 트래픽에서도 안정적으로 동작할 수 있는 웹 애플리케이션을 만들 수 있다.

여기서 ‘동시 처리’ 라는 개념은 두 개 이상의 작업이 동시에 실행되는 것을 의미한다. 이는 멀티 스레드나 멀티 프로세싱과 같은 방식으로 구현될 수 있다. 자바스크립트 같은 경우 비동기로 작업을 요청하면 브라우저에 내장된 멀티 스레드로 이루어진 Web API 에 작업이 인가되어 메인 Call Stack 과 작업이 동시에 처리되게 된다. 쉽게 비유하자면 작업을 백그라운드에 인가한다고 생각하면 된다. 대표적인 비동기 작업의 종류로는 애니메이션 실행, 네트워크 통신, 마우스 키보드 입력, 타이머 등 많다. 다만 자바스크립트 코드 실행 자체는 Web API 가 아닌 Call Stack 에서 실행된다.