Kotlin in action - 부록 E. 코루틴과 Async/Await

 

코루틴이란?

코루틴은 지연가능한 인스턴스이고 비선점형(OS가 다른 사용자에게로 강제전환하는) 멀티태스킹을 수행하는 서브루틴(==함수)을 일반화한 것이다. "지연된다"는 의미는 특정시점에 멈춰놓고 연산한다음, 필요에 따라 사용할 지 말 지 결정한다고 이해하면 될 것 같다. 코루틴은 쓰레드에 비해 적은 리소스를 사용한다는 장점이 있다.

서브루틴:
여러 명령어를 모아 이름을 부여해 반복호출 가능하게 정의한 프로그램 구성 요소

호출 시 서브루틴 진입하며 활성 레코드가 스택에 할당되는데 이 시점에 서브루틴 내부 로컬 변수등이 초기화 된다. 반환 하면 활성레코드가 스택에서 사라지며 모든 상태를 날린다.

 

코루틴을 종합하면 서로 협력해 실행을 주고받으며 작동하는 여러 서브루틴을 말한다. 

 

어떤 함수 A가 실행되다가 제네레이터인 코루틴 B를 호출하면 A가 실행되던 스레드 안에서 코루틴 B의 실행이 시작된다. 코루틴 B는 실행을 진행하다가 실행을 A에 양보한다. A는 다시 코루틴을 호출했던 바로 다음 부분부터 실행을 계속 진행하다가 또 코루틴 B를 호출한다.

 

B의 정체가 일반적인 함수라면 로컬 변수를 초기화하면서 처음부터 실행을 다시 시작하겠지만, 코루틴이면 이전에 실행을 양보했던 지점부터 실행을 계속하게 된다.(지연)

 

코틀린의 코루틴 지원: 일반적인 코루틴

kotlinx.coroutines가 제공하는 코루틴 몇가지를 먼저 알아보자.

우선 kotlinx.coroutines.core 모듈에 있는 코루틴 빌더들이다.

• kotlinx.coroutines.CoroutineScope.launch
  : 코루틴을 Job으로 반환하며, 만들어진 코루틴은 기본적으로 즉시 실행된다. Job을 반환하기 때문에 cancel, join과 같은 조작이 가능하다. launch의 수신객체는 CoroutineScope다.
  runBlocking을 launch의 수신객체로 사용하면 내부코루틴이 모두 끝날때까지 쓰레드를 점유한다. 
  서로 다른 코루틴이 한 스코프안에 있을때 yield를 사용하면 제어권을 넘길 수 있다. 이때 제어를 넘긴 코루틴이 delay 상태라면 다시 제어권이 돌아오게 된다.
• kotlinx.coroutines.CoroutineScope.async
  async는 사실상 launch와 같은 일을 한다. launch가 Job을 반환하는 반면 async는 Deffered를 반환한다. Deffered와 Job의 차이는, Job은 아무 타입 파라미터가 없는데 Deffered는 타입 파라미터가 있는 제네릭 타입이라는 점과 Deffered 안에는 await() 함수가 정의돼 있다는 점이다. Deffered의 타입 파라미터는 바로 Deffered 코루틴이 계산을 하고 돌려주는 값의 타입이다. 모든 async 함수들이 메인 스레드 안에서 실행되는 비동기 빌더라고 이해 할 수 있다.
  

코루틴 컨텍스트와 디스패처

CoroutineScope에는 CoroutineContext 필드가 있는데 실제로 코루틴이 실행중인 여러 작업(Job)과 디스패처를 저장하는 일종의 맵이라고 할 수 있다. 코틀린 런타임은 이걸 이용해 다음 실행할 작업을 배치한다.

    launch { // context of the parent, main runBlocking coroutine
        println("main runBlocking      : I'm working in thread ${Thread.currentThread().name}")
    }
    launch(Dispatchers.Unconfined) { // not confined -- will work with main thread
        println("Unconfined            : I'm working in thread ${Thread.currentThread().name}")
    }
    launch(Dispatchers.Default) { // will get dispatched to DefaultDispatcher 
        println("Default               : I'm working in thread ${Thread.currentThread().name}")
    }
    launch(newSingleThreadContext("MyOwnThread")) { // will get its own new thread
        println("newSingleThreadContext: I'm working in thread ${Thread.currentThread().name}")
    }

전달하는 컨텍스트에 따라 서로 다른 스레드에서 코루틴을 실행한다.

 

코루틴 빌더와 일시 중단 함수

• produce: 정해진 채널로 데이터를 스트림으로 보내는 코루틴을 만든다. 이 함수는 ReceiveChannel<>을 반환하며 그 채널로부터 메시지를 전달받아 사용할 수 있다.
• actor: 정해진 채널로 메세지를 받아 처리하는 액터를 코루틴으로 만든다. 이 함수가 반환하는 SendChannel<> 채널의 send() 메서드를 통해 액터에게 메시지를 보낼 수 있다.

delay와 yield같은 함수는 일시중단 suspending 함수라고 부른다.
일시중단 함수들이다

• withContext - 다른 컨텍스트로 코루틴 전환
• withTimeout - 정해진시간안에 실행되지않으면 예외처리
• withTimeoutOrNull - null 반환
• awaitAll - 모든 작업의 성공이 끝나면 이 함수도 성공. 하나라도 예외 발생시 이 함수도 예외 처리
• joinAll - 모든 작업이 끝날 때 까지 현재 작업 일시정지

suspend 키워드와 코틀린의 일시 중단 함수 컴파일 방법

일시 중단 함수 안에서 yield()를 해야 하는 경우

1. 코루틴에 진입할 때와 코루틴에서 나갈 때 코루틴이 실행 중이던 상태를 저장하고 복구하는 등의 작업을 할 수 있어야 한다.
2. 현재 실행 중이던 위치를 저장하고 다시 코루틴이 재개될 때 해당 위치부터 실행을 재개할 수 있어야 한다.
3. 다음에 어떤 코루틴을 실행할지 결정한다. 

이 세 가지 동작 중 마지막 동작은 코루틴 컨텍스트에 있는 디스패처에 의해 수행된다.

• Dispatchers.Default: 디스패처에 따로 context가 지정되지않으면 이게 사용된다. 공유 백그라운드 쓰레드의 공용 풀을 사용하기 때문에 CPU리소스가 많이 필요한 작업에 적합하다. 
• Dispatchers.IO: 요청할 때 생기는 쓰레드의 공유 풀을 사용하고 파일입출력, 소켓입출력 차단과 같은 작업에 사용된다. 이걸 Offloading이라고 하는데 CPU가 TCP/IP 프로세싱하는 걸 막아서 성능을 올리는 작업이다. 
• Dispatchers.Unconfined: 코루틴 빌더가 반환되는 첫 지점까지 코루틴을 실행한다. 중단된 코루틴은 해당 중단 함수에서 사용하는 쓰레드에서 재시작된다. 밑에 조금 더 자세히 정리하였다.

일시 중단 함수를 컴파일하는 컴파일러는 앞의 두 가지 작업을 할 수 있는 코드를 생성해 내야 한다. 이때 코틀린은 컨티뉴에이션 패싱 스타일 Continuation Passing Style(CPS)과 상태기계 State Machine를 활용해 코드를 생성해낸다. CPS 변환은 프로그램의 실행 중 특정 시점 이후에 진행해야 하는 내용을 별도의 함수(이런 함수를 Continuation 이라 부른다.)로 뽑고 그 함수에게 현재 시점 까지 실행한 결과를 넘겨서 처리하게 만드는 소스코드 변환 기술이다.(일종의 콜백 스타일)

public static final Object example(int v, @NotNull Continuation var1)

suspend 함수가 컴파일된 모습이다. Continuation으로 반환값을 처리하는 걸 볼 수 있다.

 

"댓글, 공감 버튼 한 번씩 누르고 가주시면 큰 힘이 됩니다"