[CS] Blocking/Non-Blocking, 동기와 비동기

이준기·2022년 8월 4일

Blocking & Synchronous CS 운영체제

Blocking / Non-Blocking

주로 멀티 스레드, I/O 등에서 사용되는 개념이며, 함수의 리턴 시점 및 제어권이 관심사다.

→ 어떠한 작업이 진행중일때 다른 작업을 동시에 진행할 수 있냐 ?

Blocking

제어권이 호출된 함수에게 넘어가서 호출된 함수 내에서 작업이 모두 끝난 후 호출한 함수에게 다시 제어권이 넘어온다.
작업이 완료된 후에야 새로운 작업을 수행할 수 있다.
ex. Spring Boot는 Block I/O + 멀티 쓰레드

Non-Blocking

제어권이 계속 호출한 함수에 있기 때문에 작업의 완료여부와 관계없이 새로운 작업을 수행할 수 있다.
ex. Node.js는 Non-Block I/O + 싱글 쓰레드

Synchronous / Asynchronous

주로 어플리케이션에서 자주 다뤄지는 개념이며, 다음 작업이 요청되는 시간이 관심사다.

→ 프로세스 간 작업의 흐름이 순차적이냐 ?

Synchronous(동기)

현재 작업의 응답이 끝남과 동시에 다음 작업이 요청된다.
함수를 호출하는 곳에서 호출되는 함수가 결과를 반환할 때까지 기다린다.
그렇기 때문에 작업 완료 여부를 계속해서 확인한다.

Asynchronous(비동기)

현재 작업의 응답이 끝나지 않은 상태에서도 다음 작업이 요청된다.
함수를 호출하는 곳에서 결과를 기다리지 않고, 다른 함수(callback)에서 결과를 처리한다.
그렇기 때문에 작업 완료 여부를 계속해서 확인하지 않는다.

Blocking vs Synchronous ??

그래서 뭐가 다른거야???

상위 프로세스 boss 함수와 하위 프로세스 employee 함수로 예를 들어 보자.

Synchronous(동기) + Blocking

function employee () {
  for (let i = 1; i < 101; i++) {
    console.log(`직원: 인형 눈알 붙히기 ${i}번 수행`);
  }
}

function boss () {
  console.log('사장: 출근');
  employee();
  console.log('사장: 퇴근');
}

boss();

사장: 출근
직원: 인형 눈알 붙히기 1번 수행
직원: 인형 눈알 붙히기 2번 수행
...
직원: 인형 눈알 붙히기 100번 수행
사장: 퇴근

동기 방식이기 때문에 작업의 흐름이 순차적으로 진행되는 것이 보장된다.
블로킹 방식이기 때문에 어떠한 작업이 진행중일때는 다른 작업을 동시에 진행할 수 없다.

Synchronous(동기) + Non-Blocking

function* employee () {
  for (let i = 1; i < 101; i++) {
    console.log(`직원: 인형 눈알 붙히기 ${i}번 수행`);
    yield;
  }
  return;
}

function boss () {
  console.log('사장: 출근');

  const generator = employee();
  let result = {};

  while (!result.done) {
    result = generator.next();
    console.log(`사장: 유튜브 시청...`);
  }

  console.log('사장: 퇴근');
}

boss();

사장: 출근
직원: 인형 깔알 붙히기 1번 수행
사장: 유튜브 시청...
직원: 인형 눈알 붙히기 2번 수행
사장: 유튜브 시청...
...
직원: 인형 눈알 붙히기 100번 수행
사장: 유튜브 시청...
사장: 퇴근

JavaScript의 제너레이터를 사용하여, 작업의 순서를 지키면서도 상위 프로세스(boss)가 다른 작업을 하도록 만들었다.

동기 방식이기 때문에 작업의 흐름이 순차적으로 진행되는 것이 보장된다.
논블로킹 방식이기 때문에 어떠한 작업이 진행중이어도 다른 작업을 수행할 수 있다.

Asynchronous(비동기) + Non-Blocking

function employee (maxDollCount = 1, callback) {
  let dollCount = 0;
  const interval = setInterval(() => {
    if (dollCount > maxDollCount) {
      callback();
      clearInterval(interval);
    }
    dollCount++;
    console.log(`직원: 인형 눈알 붙히기 ${dollCount}번 수행`);
  }, 10);
}

function boss () {
  console.log('사장: 출근');
  employee(100, () => console.log('직원: 눈알 결산 보고'));
  console.log('사장: 퇴근');
}

boss();

사장: 출근
사장: 퇴근
직원: 인형 눈알 붙히기 1번 수행
직원: 인형 눈알 붙히기 2번 수행
...
직원: 인형 눈알 붙히기 100번 수행
직원: 눈알 결산 보고

사장은 직원이 일이 끝나기도 전에 퇴근해버렸다. 그 후 직원의 일이 끝나고, 사장에게 보고했다.

비동기 방식이기 때문에 작업의 흐름이 순차적으로 진행되는 것을 보장하지 않는다. → 상위 프로세스(boss)는 하위 프로세스(employee)의 작업이 언제 끝나는지 관심 없음
논블로킹 방식이기 때문에 어떠한 작업이 진행중이어도 다른 작업을 수행할 수 있다.

비동기 & 논블로킹 방식은 여러 개의 작업을 동시에 처리할 수 있는 부분에서 효율적이라고 할 수 있지만, 너무 복잡하게 얽힌 비동기 처리 때문에 개발자가 어플리케이션의 흐름을 읽기 어려워지는 등의 문제가 있을 수 있다. JavaScript에서 Promise나 async/await와 같은 문법을 사용하는 이유도 이런 비동기 처리의 흐름을 좀 더 명확하게 인지하고자 하는 노력인 것이다.

Asynchronous(비동기) + Blocking

일반적으로 어플리케이션 레이어에서 자주 사용되지 않기도 하고, 평소에 접하기 힘든 개념이라고 한다.

이 방식은 블록킹 방식으로 진행되기 때문에 개발자에게도 직관적으로 다가오고, 비동기 방식이기 때문에 여러 개의 I/O를 동시에 감시하며 처리할 수 있다. 하지만 성능이 그렇게 좋은 편은 아니므로 IBM에서는 높은 성능이 필요한 어플리케이션에서는 되도록 쓰지 말라고 한다.

Blocking-Async는 별다른 장점이 없어서 일부러 사용할 필요는 없지만,

NonBlocking-Async 방식을 쓰는데 그 과정 중에 하나라도 Blocking으로 동작하는 놈이 포함되어 있다면 의도하지 않게 Blocking-Async로 동작할 수 있다.