동기, 비동기, 블로킹, 논블로킹 차이점

프로그래밍을 하다 보면 동기와 비동기, 블로킹과 논블로킹이라는 개념을 자주 접하게 됩니다. 이 용어들은 서로 비슷해 보이지만, 실제로는 중요한 차이점을 가지고 있어서 혼란을 겪곤 합니다. 이러한 이유로 이번 글에서는 동기와 비동기, 블로킹과 논블로킹의 개념을 명확히 정리하고 그 차이점을 살펴보려 합니다.

 

 

 

1. 동기, 비동기, 블로킹, 논블로킹 개념

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[ 동기 ]

동기 작업은 하나의 작업이 완료될 때까지 다른 작업을 대기하는 방식입니다. 즉, 현재 작업이 끝나야만 다음 작업이 시작됩니다. 작업이 순차적으로 실행되며, 작업 간에 의존성이 있는 경우에 주로 사용됩니다. 데이터베이스 트랜잭션, 파일 읽기/쓰기 작업, 연속적인 계산 작업 등등에 사용합니다.

 

 

예시 코드

public class Example {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("작업 1 시작");
        task1(); // 이 작업이 완료될 때까지 대기
        System.out.println("작업 2 시작");
    }

    public static void task1() {
        Thread.sleep(2000); // 2초 대기
        System.out.println("작업 1 완료");
    }
}

동기 작업은 순차적으로 처리되기 때문에 "작업 1 시작 -> 2초 대기 -> 작업 1 완료 -> 작업 2 시작" 흐름으로 처리됩니다.

 

쓰레드 관점에서 보면 

• 쓰레드 1이 순차적으로 모든 작업을 수행한다.

 

 

 

 

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[ 비동기 ]

비동기 작업은 하나의 작업이 완료되지 않아도 다른 작업을 동시에 진행할 수 있는 방식입니다. 각 작업은 독립적으로 수행됩니다. 작업이 병렬적으로 실행되며, 시스템 자원을 효율적으로 사용하고 응답 시간을 단축할 수 있습니다. 네트워크 요청, 이벤트 기반 프로그래밍 등등 사용합니다.

 

예시 코드

public class Example {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("작업 1 시작");
        CompletableFuture.runAsync(() -> task1()); // 비동기 작업
        System.out.println("작업 2 시작");
    }

    public static void task1() {
        Thread.sleep(2000); // 2초 대기
        System.out.println("작업 1 완료");
    }
}

비동기 작업은 대기하지 않고 다음 작업을 계속 진행하기 때문에 "작업 1 시작 -> 작업 2 시작 -> 2초 대기 -> 작업 1 완료" 흐름으로 진행합니다.

 

 

쓰레드 관점에서 보면 

• 쓰레드 1이 "작업 1"을 시작하고 비동기 작업은 쓰레드 2에서 실행합니다.
• 쓰레드 1는 비동기 작업이 완료될 때까지 기다리지 않고 다음 작업인 "작업 2"를 시작합니다.
• 비동기 쓰레드 2는 백그라운드에서 2초 동안 대기한 후 "작업 1 완료"를 출력합니다.

 

 

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[ 블로킹 ]

블로킹 작업은 작업이 완료될 때까지 제어권을 반환하지 않는 방식입니다. 호출한 작업이 끝날 때까지 호출한 쓰레드는 멈춥니다. 작업이 완료될 때까지 다른 작업을 수행할 수 없으며, 리소스 낭비가 발생할 수 있습니다. 간단하고 직관적인 구현이 가능하지만 성능이 저하될 수 있습니다. 파일 I/O, 소켓 I/O 등등 사용합니다.

 

 

예시 코드

public class Example {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("네트워크 요청 시작");
        blockingTask(); // 블로킹 작업
        System.out.println("작업 1 시작");
    }

    public static void blockingTask() throws IOException {
        URL url = new URL("https://www.example.com");
        HttpURLConnection connection = (HttpURLConnection) url.openConnection();
        connection.connect();	// 외부 연결
        
        System.out.println("네트워크 요청 완료");
    }
}

블로킹은 네트워크 요청이 완료될 때까지 제어권이 반환되지 않으므로, "네트워크 요청 시작 -> 네트워크 요청 완료 -> 작업 1 시작" 흐름으로 진행합니다.

 

쓰레드 관점에서 보면 

• 쓰레드 1에서 네트워크 요청을 보냅니다. 해당 작업이 완료가 될 때까지 쓰레드 1은 블로킹 상태에 있습니다.
• 응답을 받으면 작업 1을 시작합니다.

 

 

 

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[ 논블로킹 ]

논블로킹 작업은 작업이 완료되지 않아도 제어권을 즉시 반환하는 방식입니다. 호출한 작업이 완료되지 않아도 호출한 쓰레드는 멈추지 않고 다른 작업을 계속 진행합니다. 작업을 요청한 후 바로 제어권을 반환하여 다른 작업을 수행할 수 있으며, 작업이 완료되면 별도의 콜백 함수나 이벤트를 통해 결과를 처리합니다. 네트워크 서버, 이벤트 드리븐 시스템, 논블로킹 I/O, 멀티스레드 환경에서의 동시성 제어 등등 사용합니다.

 

 

예시 코드

public class Example {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("네트워크 요청 시작");
        nonBlockingTask(); // 논블로킹 작업
        System.out.println("다른 작업 시작");
    }

    public static void nonBlockingTask() {
        HttpClient client = HttpClient.newHttpClient();
        HttpRequest request = HttpRequest.newBuilder()
                .uri(URI.create("https://www.example.com"))
                .build();

        CompletableFuture<HttpResponse<String>> response = client.sendAsync(request, BodyHandlers.ofString());
        response.thenAccept(res -> {
            System.out.println(res.body());
            System.out.println("네트워크 요청 완료");
        });
    }
}

네트워크 요청이 비동기로 실행되므로, 메인 스레드는 대기하지 않고 다음 작업을 계속 진행합니다. 네트워크 요청이 완료되면 콜백 메서드가 실행됩니다. 실행 흐름은 "네트워크 요청 시작 -> 작업 1 시작 -> 네트워크 요청 완료" 실행합니다.

 

 

쓰레드 관점에서 보면 

• 쓰레드 1에서 "네트워크 요청 시작" 출력합니다.
• nonBlockingTask 메서드를 호출하여 비동기로 쓰레드 2에서 네트워크 요청을 보냅니다.
• 쓰레드 1은 네트워크 요청이 완료될 때까지 기다리지 않고 즉시 다음 명령으로 이동하여 "작업 1 시작"을 출력합니다.
• 비동기 쓰레드 2는 백그라운드에서 네트워크 요청을 처리하고, 요청이 완료되면 콜백 메서드(thenAccept)를 실행하여 응답을 출력합니다.

 

 

 

2. 동기, 비동기, 블로킹, 논블로킹 차이점

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[ 동기  vs 비동기 ]

• 동기: 작업이 순차적으로 실행되며, 하나의 작업이 완료될 때까지 다음 작업을 대기
• 비동기: 작업이 병렬적으로 실행되며, 작업이 완료되지 않아도 다른 작업을 동시에 진행

 

[ 동기  vs 블로킹 ]

• 동기 호출은 반드시 블로킹이 아닌 반면에 블로킹 호출은 모두 동기 호출입니다.
• 동기: 어떤 함수를 동기 호출했다고 해서 블로킹되거나 스레드가 일시 중지되지 않는다.
• 블로킹, 동기: 어떤 함수를 동기 호출했다고 해서 블로킹되거나 스레드가 일시 중지된다.

 

[ 동기  vs 논블로킹 ]

• 동기적 요청 중 논블로킹 방식으로 데이터를 조회하거나 처리할 때 사용

 

[ 비동기  vs 블로킹 ]

• 이 조합은 일반적으로 사용되지 않으며, 비동기 작업의 본질과 맞지 않음

 

[ 비동기  vs 논블로킹 ]

• 비동기, 논블로킹: 네트워크 요청을 보내고 다른 작업하기
• 비동기, 논블로킹: 네트워크 요청을 보내고 특정 주기(10초, 1분, 5분) 확인하면서 다른 작업하기
• 논블로킹: 네트워크 요청을 보내고 다른 작업을 할 수 있는데 하지 않고 네트워크 응답이 왔는지만 확인하기

 

[ 블로킹 vs 논블로킹 ]

• 블로킹: 작업이 완료될 때까지 제어권을 반환하지 않으며, 호출한 쓰레드는 멈춤
• 논블로킹: 작업이 완료되지 않아도 제어권을 즉시 반환하며, 호출한 쓰레드는 멈추지 않음

 

 

 

3. 동기, 비동기, 블로킹, 논블로킹 조합

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프로그램 아키텍쳐에서는 이 두 개념이 함께 조합되어 사용된다. 예를 들어 다음 4가지로 조합이 가능하다.

• 동기 + 블로킹 (Synchronous + Blocking)
• 동기 + 논블로킹 (Synchronous + Non-blocking)
• 비동기 + 블로킹 (Asynchronous + Blocking)
• 비동기 + 논블로킹 (Asynchronous + Non-blocking)

출처: https://inpa.tistory.com/entry/👩‍💻-동기비동기-블로킹논블로킹-개념-정리

 

[ 동기 + 블로킹 ]

동기 + 블로킹 조합은 다른 작업이 진행되는 동안 자신의 작업을 처리하지 않고 (Blocking), 다른 작업의 완료 여부를 바로 받아 순차적으로 처리하는 (Sync) 방식이다. 다른 작업의 결과가 자신의 작업에 영향을 주는 경우에 활용할 수 있다. 예를 들어 파일을 읽는 함수가 호출되면, 파일을 모두 읽을 때까지 호출한 프로그램은 아무 작업도 하지 않고 기다립니다. 하지만 작업이 완료될 때까지 다른 작업을 할 수 없어 비효율적일 수 있습니다.

 

[ 동기 + 논블로킹 ]

동기 + 논블로킹 조합은 다른 작업이 진행되는 동안에도 자신의 작업을 처리하고 (Non Blocking), 다른 작업의 결과를 바로 처리하지 않아 작업 순서가 지켜지지 않는 (Async) 방식이다. 다른 작업의 결과가 자신의 작업에 영향을 주지 않은 경우에 활용할 수 있다. 예를 들어 파일을 읽는 함수가 호출되면, 파일을 바로 읽기 시작하지만 호출자는 주기적으로 파일 읽기가 완료되었는지 확인해야 합니다. 하지만 주기적으로 상태를 확인해야 하므로 여전히 비효율적일 수 있습니다.

 

[ 비동기 + 블로킹 ]

비동기 + 블로킹 조합은 다른 작업이 진행되는 동안 자신의 작업을 멈추고 기다리는 (Blocking), 다른 작업의 결과를 바로 처리하지 않아 순서대로 작업을 수행하지 않는 (Async) 방식이다. Async-blocking의 경우는 실무에서 잘 마주하기 쉽지 않아 다룰일이 거의 없다. 

 

[ 비동기 + 논블로킹 ]

비동기 + 논블로킹 조합은 다른 작업이 진행되는 동안에도 자신의 작업을 처리하고 (Non Blocking), 다른 작업의 결과를 바로 처리하지 않아 작업 순서가 지켜지지 않는 (Async) 방식이다. 다른 작업의 결과가 자신의 작업에 영향을 주지 않은 경우에 활용할 수 있다.