[CS 지식13.] 동기 및 비동기 처리란?

Overview

동기 및 비동기 처리를 이해하는 것은 소프트웨어 개발, 특히 프로그램이 작업과 작업을 처리하는 방법에 있어 기본이다.

 

동기 및 비동기 처리에 대해서 알아보자.

출처 : https://www.mendix.com/blog/asynchronous-vs-synchronous-programming/

 

 

 

---

 

동기 처리(Synchronous Processing)

동기 처리에서는 작업이 한 번에 하나씩 순서대로 완료된다. 이는 다음 작업을 시작하기 전에 작업을 완료해야 함을 의미한다. 이러한 유형의 처리는 간단하고 이해하기 쉽다.

​

 

동기 처리의 특징

• 차단(Blocking): 각 작업은 다음 작업이 시작되기 전에 완료되어야 하며, 실행중인 작업이 완료될 때까지 후속 작업을 차단한다.
• 선형 실행(Linear Execution): 작업은 코드에 나타나는 정확한 순서대로 실행된다.
• 단순성(Simplicity): 작업 실행의 순차적 특성으로 인해 프로그래밍 및 디버깅이 더 쉽다.
• 사용 예(Usage Examples): 파일 읽기 또는 쓰기, 데이터베이스 트랜잭션 또는 후속 작업이 이전 작업의 결과에 의존하는 모든 작업에 사용한다.

 

 

동기 예제: 파일 읽기

동기 예제에서 Python은 두 개의 텍스트 파일을 순서대로 읽는다. 프로그램은 두 번째 파일 읽기를 시작하기 전에 첫 번째 파일이 완전히 읽힐 때까지 기다린다.

 

 

txt 파일을 먼저 생성한다.

cat <<EOF > somaz1.txt
Hello Somaz1
EOF

cat <<EOF > somaz2.txt
Hello Somaz2
EOF

 

 

그리고 `sync-test.py` 를 생성해준다.

cat <<EOF > sync-test.py
def read_file(file_name):
    with open(file_name, 'r') as file:
        print(f"Reading {file_name}...")
        data = file.read()
        print(f"Finished reading {file_name}.")
        print(f"Contents of {file_name}: \\\\n{data}\\\\n")
        return data

def main():
    data1 = read_file('somaz1.txt')
    data2 = read_file('somaz2.txt')
    print("Both files have been read.")

if __name__ == "__main__":
    main()
EOF

 

 

실행해보면 아래와 같은 결과가 나온다.

python3 sync-test.py
Reading somaz1.txt...
Finished reading somaz1.txt.
Contents of somaz1.txt:
Hello Somaz1

Reading somaz2.txt...
Finished reading somaz2.txt.
Contents of somaz2.txt:
Hello Somaz2

Both files have been read.

 

 

비동기 처리(Asynchronous Processing)

비동기 처리를 통해 작업을 기본 프로그램 흐름과 독립적으로 실행할 수 있으므로 백그라운드에서 작업을 처리할 수 있다. 이러한 유형의 처리는 웹 서버나 사용자 인터페이스를 갖춘 애플리케이션과 같이 작업에 상당한 시간이 걸릴 수 있는 환경에 필수적이다.

 

Python의 비동기 실행은 Python 3.5부터 표준 라이브러리의 일부인 `asyncio` 라이브러리를 사용하여 수행된다. 이 모델을 사용하면 코드의 특정 부분을 동시에 실행할 수 있으며, 이는 I/O 바인딩 및 상위 수준의 구조화된 네트워크 코드에 특히 유용하다.

Python은 `async` 및 `await` 구문을 사용하여 비동기 함수를 정의하므로 기존 콜백 기반 접근 방식에 비해 비동기 코드를 더 쉽게 작성하고 유지 관리할 수 있다.

 

비동기 처리의 특징

• 비차단(Non-blocking): 작업은 독립적으로 시작하고 완료할 수 있으며, 프로그램은 작업을 시작하고 완료될 때까지 기다리지 않고 계속 진행할 수 있다.
• 동시 실행(Concurrent Execution): 여러 작업을 병렬로 처리할 수 있어 애플리케이션의 효율성과 응답성이 향상된다.
• 복잡성(Complexity): 경쟁 조건 및 교착 상태와 같은 잠재적인 문제로 인해 프로그래밍 및 디버그가 더 어렵다.
• 사용 예(Usage Examples): API 요청, 파일 업로드 또는 사용자 인터페이스를 정지하거나 다른 계산을 지연시키고 싶지 않은 장기 실행 I/O 작업에 사용한다.

 

비동기 예제: 파일 읽기

비동기 예제에서 Python은 비동기 파일 작업을 위해 `aiofiles` 라이브러리를 사용하여 두 개의 텍스트 파일을 동시에 읽는 비차단 접근 방식을 사용한다. 이를 통해 프로그램은 첫 번째 파일이 완료될 때까지 기다리지 않고도 두 번째 파일 읽기를 시작할 수 있다. 이 방법은 프로그램이 파일 읽기 프로세스가 완료되기를 기다리는 동안 다른 작업을 수행할 수 있는 I/O 바인딩 작업에 특히 효율적이다.

 

 

aiofiles가 아직 설치되지 않은 경우 설치한다.

pip install aiofiles

 

 

이제 두 개의 텍스트 파일을 읽는 비동기 Python 스크립트를 작성해 보겠다.

cat <<EOF > rsync-test.py
import aiofiles
import asyncio

async def read_file(file_name):
    print(f"Starting to read {file_name}")
    async with aiofiles.open(file_name, 'r') as file:
        content = await file.read()
        print(f"Finished reading {file_name}")
        print(f"Contents of {file_name}: \\n{content}\\n")

async def main():
    tasks = [read_file('somaz1.txt'), read_file('somaz2.txt')]
    await asyncio.gather(*tasks)
    print("Both files have been read.")

if __name__ == "__main__":
    asyncio.run(main())
EOF

 

 

실행해보면 아래와 같은 결과가 나온다. 다음 작업을 시작하기 전에 하나가 완료될 때까지 기다리지 않고 somaz1.txt와 somaz2.txt를 동시에 읽는다. 이는 여러 I/O 작업을 처리해야 하고 단일 파일 액세스로 인해 차단되지 않는 이점을 얻을 수 있는 애플리케이션에 유용하다.

#1
python3 rsync-test.py
Starting to read somaz1.txt
Starting to read somaz2.txt
Finished reading somaz2.txt
Contents of somaz2.txt:
Hello Somaz2

Finished reading somaz1.txt
Contents of somaz1.txt:
Hello Somaz1

Both files have been read.

#2
python3 rsync-test.py
Starting to read somaz1.txt
Starting to read somaz2.txt
Finished reading somaz1.txt
Contents of somaz1.txt:
Hello Somaz1

Finished reading somaz2.txt
Contents of somaz2.txt:
Hello Somaz2

Both files have been read.

 

요약정리

동기 처리와 비동기 처리 사이의 선택은 애플리케이션 요구 사항에 따라 달라진다.

• 동기: 작업을 특정 순서로 완료해야 하거나 다음 작업에 각 작업의 출력이 필요할 때 사용
• 비동기: 특히 작업이 독립적이거나 병렬로 수행될 수 있는 경우 애플리케이션의 처리량과 응답성을 향상시키는 데 사용

 

 

---

Reference

https://www.mendix.com/blog/asynchronous-vs-synchronous-programming/

https://www.geeksforgeeks.org/difference-between-synchronous-and-asynchronous-transmission/