코루틴(Coroutine) 을 샅샅이 살펴보기!

본격적으로 들어가기에 앞서,

2023.12.21 면접에서 나에게 물어본 질문 중 Coroutine 에 대한 질문이 있었다.

그 동안 Coroutine을 깊게 생각하지 않고 단순히 suspend 명령어 붙여서 쓰면 알아서
동기적으로 처리해주는거지!

마치 javascript 에서 async, await 쓰듯 물흐르듯 써왔는데,,

면접에서 Coroutine에 대한걸 물어보니 당황하여 쉬운 대답이었지만 기억이 나지 않았다.

(편하게 쓰더라도 어떻게 처리되는지는 알고 써야겠다고 느꼈다..)

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💡 코루틴이란 ?

A coroutine is an instance of a suspendable computation. It is conceptually similar to a thread, in the sense that it takes a block of code to run that works concurrently with the rest of the code. However, a coroutine is not bound to any particular thread. It may suspend its execution in one thread and resume in another one.

Kotlin - Coroutine 공식문서 중 일부 발췌

해석해보자면, 'Coroutine은 Thread 와 개념적으로 비슷하나 Coroutine은 특정 Thread에 바인딩되지 않고 한 Thread 내에서 실행을 일시 중단하고 다른 Coroutine에서 다시 시작할 수 있다'고 되어있습니다.
즉 코루틴은 하나의 쓰레드에서 동작하며 쓰레드 오버라이딩을 통해 동작하게 되는 것입니다.

이렇게 한 쓰레드 에서 동작하는 것이 가지는 이점으로는 여러 쓰레드를 이동하며 작업을 할때 Context Switching 리소스 비용 발생하게 됩니다. 이는 오버헤드가 발생해 성능 저하를 일으킬 수 있습니다. 따라서 메인 쓰레드를 차단하지 않고 현재 코루틴 실행을 일시 중지, 재개 하는 기능을 가진 코루틴은 경량 쓰레드라고도 불립니다.

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📈 Coroutine vs Thread

Coroutines are computer program components that allow execution to be suspended and resumed, generalizing subroutines for cooperative multitasking.

위키피디아에 의하면 '실행의 지연과 재개를 허용함으로써,
비선점적 멀티태스킹을 위한 서브 루틴을 일반화한 컴퓨터 프로그램 구성요소' 라는 설명이 되어있다.

여기서 코루틴의 특이점이 나오는데 일반적인 서브 루틴과는 다르게 코루틴은 중단과 재개가 가능하여 하나의 진입, 반환점이 있는 서브 루틴과 달리 여러개의 진입, 반환을 가능하게 합니다.

코드로 예를 들면

fun main() {
  /* 메인 루틴
     새 코루틴을 실행하고 완료 전까지 현재 쓰레드를 blocking 하는 
     코루틴 빌더 함수로 전체 작업 완료 전까지 다른 작업 할당이 불가합니다. */
  runBlocking {
    /* 서브 루틴
       새 코루틴을 실행하고 완료 전까지 현재 쓰레드를 
       blocking 하지 않는 코루틴 빌더 함수로 다른 작업 할당이 가능합니다. */
    val goToWork = launch {
      goToWorkCoroutine()
    }
    val playMusicWhileGoingToWork = launch {
      playMusicCoroutine()
    }
    goToWork.join() // goToWork 코루틴 실행이 끝날 때까지 대기합니다.
    playMusicWhileGoingToWork.cancel() // playMusicWhileGoingToWork 코루틴을 종료합니다.

    startWorkCoroutine()

    val leaveWork = launch {
      leaveWorkCoroutine()
    }
    val playMusicWhileLeaveWork = launch {
      playMusicCoroutine()
    }
    leaveWork.join()
    playMusicWhileLeaveWork.cancel()
  }
}

// 실행 중 쓰레드는 블로킹하지 않으면서 실행 중 코루틴은 일시 중단할 수 있는 함수입니다.
suspend fun goToWorkCoroutine() {
  println("Go to work")
  delay(1000) // 현재 루틴을 잠시 대기시키는 함수로 선언 위치에 따라 메인 쓰레드를 블로킹할 수도 있습니다.
}

suspend fun playMusicCoroutine() {
  println("Play music")
  while (true) {
    println("Listening")
    delay(500)
  }
}

suspend fun leaveWorkCoroutine() {
  println("Leave work")
  delay(1000)
}

suspend fun startWorkCoroutine() {
  println("Start work")
  println("Working")
  delay(2000)
}

// 실행결과
Go to work
Play music
Listening
Listening
Start work
Working
Leave work
Play music
Listening
Listening

이처럼 코루틴을 사용하면 비동기로 루틴을 실행하고 일반적인 서브 루틴과 다르게 실행 중간에 중단과 임의 시점에 재개가 가능하여 루틴 간 협력을 통해 비선점적 멀티태스킹이 가능해지는 것입니다.

여기서 '비선점적' 이라는 말 때문에 항상 헷갈리는 비선점형 vs 선점형을 잠깐 살펴보겠습니다.

비선점형 vs 선점형

• 선점형(preemption) : 하나의 프로세스가 다른 프로세스 대신에 프로세서(CPU)를 강제로 차지할 수 있습니다. (쓰레드)
• 비선점형(non-preemption) : 하나의 프로세스가 CPU를 할당받으면 종료되기 전까지 다른 프로세스가 CPU를 강제로 차지할 수 없습니다. (코루틴)

선점하다라는 개념 자체가 "먼저 점하고 있어 다른 무엇인가가 들어 올 수 없다" 라는 의미로 해석이 되는데 선점형, 비선점형 작업은 완전히 상반되는 설명이 되어있다 아마 preempt 라는 사전적 의미의 번역이 들어 올 때 선점이라는 의미로 많이 해석되기에 그대로 들어 온 것 같은데 '선점' 이라는 단어보다 '강점' 정도의 의미가 더 맞는 뜻 같습니다.

Coroutine vs Thread 정리

즉 비선점적 멀티태스킹이란 하나의 프로세서에서 하나의 쓰레드가 작업을 진행하며 해당 쓰레드에선 여러 코루틴이 실행, 중단, 재개 과정을 반복하며 비동기적인 처리를 진행하는 것입니다.

쓰레드과 비교하면 쓰레드는 기본적으로 프로세스 내에서 하나 이상 존재하며 멀티 쓰레드로 작업이 진행될 시 동기적 처리가되는 것이 특징입니다. 이를 강제적으로 비동기적 처리를 하게되면 앞서 말씀드린대로 Context Switching 리소스 비용이 발생하게 됩니다.

따라서 비동기적인 처리를 요할때 멀티쓰레드를 강제로 비동기적 처리를 하는 것보다 코루틴을 이용한 단일 쓰레드에서 비동기적 처리를 진행하게하는 것이 보다 효과적이라고 정리할 수 있을 것 같습니다.

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🎯 마치며

처음 코루틴을 사용할땐 정말 web에서 async await 처럼 비동기처리를 도와주는 라이브러리 정도로 쉽게 생각하였습니다. 코루틴의 러닝커브가 Rxjava 만큼 높지 않고 사용하는데 있어서는 가장 편하기 때문에 쉽게 생각한 것 같습니다. 이번 공부를 하며 쉽게 사용하더라도 내부 라이브러리 동작 방식 정도는 알고 사용한다면 더 효율적인 개발이 가능할 것 같다고 느꼈습니다.

• Coroutine 에 대한 공부는 할때마다 새로운 공부가 되고 계속해도 부족한 것 같습니다. 그래도 이 글을 통해 조금 정리가 된 것 같고 다음에는 더 깊게 이해해보도록 하겠습니다.

Coroutine 을 공부하며 기본적인 CS 공부도 많이 되었는데요, 그 중 저에겐 익숙하지만 난해한 개념들이었던 OS - Process, Thread 를 비교하며 공부해보도록 하겠습니다!

감사합니다 :)

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출처 : https://maxpulse.tistory.com/208
출처 : https://kotlinlang.org/docs/coroutines-overview.html#how-to-start
출처 : https://dev.gmarket.com/82
출처 : https://en.wikipedia.org/wiki/Coroutine