동기와 비동기

함수 호출 관점에서 동기와 비동기

함수형 인터페이스와 람다식

함수형 인터페이스는 자바 8부터 도입되었으며, 1개의 추상 메서드를 갖는 인터페이스입니다. 함수형 프로그래밍을 지원하며, 함수를 1급 객체로 사용할 수 있습니다. 예를 들어 Function, Consumer, Supplier, Runnable 등이 있으며, 람다식을 통해 익명 클래스를 간결하게 표현할 수 있습니다.

@FunctionalInterface
interface Calculator {
    int calculate(int a, int b);
}

public class LambdaExample {
    public static void main(String[] args) {
        Calculator addition = (a, b) -> a + b;
        Calculator subtraction = (a, b) -> a - b;

        System.out.println("Addition: " + addition.calculate(5, 3));  // 출력: 8
        System.out.println("Subtraction: " + subtraction.calculate(5, 3));  // 출력: 2
    }
}

동기와 비동기

동기 (Synchronous)

동기는 Caller가 Callee의 결과에 관심이 있고, 결과를 얻은 후에 특정 액션을 수행하는 것을 의미합니다.

비동기 (Asynchronous)

비동기는 Caller가 Callee의 결과에 관심이 없고, Callee는 작업이 완료되면 특정 콜백을 실행합니다.

함수 호출 관점에서 Blocking과 Non-Blocking

Blocking

Blocking은 callee를 호출한 후 callee가 완료되기 전까지 caller가 아무것도 할 수 없는 상태를 말합니다. 제어권은 callee에게 있으며, 추가적인 thread가 필요하지 않습니다.(혹은 추가적인 thread 사용 가능)

Non-Blocking

Non-Blocking은 callee를 호출한 후 callee가 완료되지 않더라도 caller는 본인의 일을 할 수 있는 상태를 말합니다. 제어권은 caller에게 있으며, caller와 callee는 별도의 thread가 필요합니다.

정리

• 동기 blocking : caller는 아무 것도 할 수 없는 상태가
  된다. 결과를 얻은 후 직접 처리한다

• 비동기 blocking : caller는 아무 것도 할 수 없는 상태가
  된다. 결과는 callee가 처리한다

• 동기 non blocking : caller는 자기 할 일을 할 수 있다. 결과
  를 얻은 후 직접 처리한다

• 비동기 non blocking : caller는 자기 할 일을 할 수 있다. 결과
  는 callee가 처리한다

I/O 관점에서 Blocking / Non-Blocking

Blocking의 종류

CPU Bound Blocking

CPU Bound Blocking은 thread가 대부분의 시간 CPU를 점유하면서 연산이 많은 경우 발생합니다. 추가적인 코어를 투입할 수 있습니다.

IO Bound Blocking

IO Bound Blocking은 thread가 대부분의 시간을 대기하면서 파일 읽기/쓰기, 네트워크 요청 등 IO 작업이 많은 경우 발생합니다. Non-Blocking으로 대체할 수 있습니다.

Blocking의 전파

Blocking은 함수 호출이 중첩될 때 전파됩니다. 하나의 함수에서 여러 함수를 호출하고 함수 호출이 중첩되면서 callee는 caller가 되고 다른 callee를 호출할 수 있습니다. 이때, blocking한 함수를 하나라도 호출하면 caller는 blocking 상태가 됩니다. 따라서 Non-Blocking하려면 모든 함수가 Non-Blocking이어야 합니다.

동기 Blocking

동기 Blocking은 Application이 Kernel에게 I/O 작업을 완료할 때까지 기다리는 상태입니다. 결과를 얻은 후 직접 처리합니다.

가장 흔하게 사용하는 I/O 모델로 user 공간에 존재하는 process는 운영체제 커널에게 I/O를 요청하는 함수를 호출합니다. (system call) 그리고 커널이 작업결과를 반환하기까지 중단된 채 대기(block)합니다. 이때 user process는 CPU를 점유하지 않으며 커널의 응답을 기다립니다.

동기 Non-Blocking

동기 Non-Blocking은 Application이 Kernel에 주기적으로 I/O 작업이 완료되었는지 확인하고 중간 중간 본인의 일을 할 수 있습니다. 결과를 얻은 후 직접 처리합니다.

block과 다르게 반환할 데이터가 준비되지 않았더라도 기다리지 않고 -1 을 대신 반환합니다. 그리고 왜 반환이 불가능한지에 대한 오류 코드(errno)를 같이 제공합니다. 보통 오류코드로 EAGAIN 또는 EWOULDBLOCK을 반환 받게 됩니다.

user process는 원하는 결과를 반환받을 때까지 계속해서 커널에 상태를 체크해야합니다.

비동기 + Non-Blocking

비동기 + Non-Blocking 환경에서는 user process가 커널 I/O system call 이후 처리에 신경쓰지 않고 작업이 완료되면 커널로부터 신호를 받습니다. 결과가 오기 전까지 user process는 I/O를 신경쓰지 않고 다른 작업을 수행할 수 있습니다.

정리

• 동기 Blocking: Application은 Kernel이 I/O 작업을 완료할 때까지 기다리며 결과를 얻은 후 직접 처리합니다.

• 비동기 Blocking : x , 따로 다루지 않음

• 동기 Non-Blocking: Application은 Kernel에 주기적으로 I/O 작업이 완료되었는지 확인하고 결과를 얻은 후 직접 처리합니다.

• 비동기 Non-Blocking: Application은 Kernel에 I/O 작업 요청을 보내고 본인의 일을 수행합니다. 작업이 완료되면 Kernel은 signal을 보내거나 callback을 호출합니다.

이렇게 동기와 비동기, Blocking과 Non-Blocking의 조합에 따라 다양한 상황을 다룰 수 있습니다.

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출처
https://blog.naver.com/n_cloudplatform/222189669084
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