Java Skill UP 을 하자! step.2 - Reactive Programming

By Jimmyberg
java async non-blocking reactive-programming rxjava

Functional Programming 을 통해서 함수형 프로그래밍이 무엇인지 알겠는데, 최종적으로 알고 싶은 Reactive Programming 이란 무엇일까.
Reactive 를 알기 위해선 또 먼저 Async(비동기) 와 Non-blocking(논블로킹) 의 이해가 필요하다. 그래서 이번에는 Async & Non-blocking 부터 간단하게 Reactive Programming 까지 살펴볼 계획이다.

  • Async & Non-blocking
  • Reactive Programming (with RxJava)

Synchronous vs Asynchronous

동기식 (Sync) 작업 은 서로 다른 2개의 작업 주체가 각자의 작업 스케쥴에 따라 영향을 받는 방식인 반면에,
비동기식 (Async) 작업 은 2개의 작업 주체가 서로의 작업 시작/종료 여부와 관계없이 각자만의 시작/종료 시간을 가질 수 있는 방식이다.
sync vs async

Blocking vs Non-Blocking

Blocking 은 첫번째 작업을 수행 중 두번째 작업이 들어온 경우, 첫번째 작업 진행은 두번째 작업이 시작되고 완료할 때까지 대기하다가 처리하는 방식이다.

Non-blocking 은 다른 주체의 작업에 관계없이 자신의 작업 진행을 계속 하는 것이다. 첫번째 작업 중 두번째 작업의 요청이 와도 첫번째 작업은 계속 진행된다. 그 이후 두번째 작업이 완료가 되었을 때, Call-back 응답을 통해서 완료 처리가 된다.

blocking and non-blocking

사진 출처 : DevEric 동기/비동기와 블로킹/논블로킹

다양한 조합 방식

total thread io process

Reactive Programming

Reactive 라는 의미는 변화에 대한 반응 중심의 프로그래밍은 데이터의 흐름을 먼저 정의하고 데이터가 변경되었을 때 연관된 작업을 실행 하는 방식의 프로그래밍이다. 기능을 직접 정해서 실행하는 것이 아니라, 이벤트가 발생하였을 때 기능이 실행되어 처리되는 방식으로 기존의 PULL 방식을 프로그래밍에서 PUSH 방식의 프로그래 개념으로 바뀌어야한다.

Java 에서는 Reactive 방식의 프로그래밍을 위해서는 함수형 프로그래밍이 필요하다. Call-back 과 Observer 패턴은 서버가 1개이거나 단일 Thread 환경일 경우 적합하지만, Multi-Thread 환경일 경우에는 Dead-lock 또는 동기화 문제가 발생할 수 있다.

그에 반해, 함수형 프로그래밍은 순수 함수를 지향하기 때문에 Multi-Thread 환경에서도 안전하다. 그래서 Java 에서 Reactive Programming 을 하기 위해선 함수형 프로그래밍의 지원이 필요하다.

Thread Pool vs Event Loop

Java 에서의 Thead 관리 방식은 보통 Thread Pool 방식으로 많이 사용하고 있을 것이다.

Blocking Thread Pool

Thread Pool 관련 좋은 블로그 : https://www.wrapuppro.com/programing/view/jAuG3VNBCbGnQWU

Thread Pool 의 관리 방식으로 많은 어플리케이션이 Thread 생성하는 부하를 줄이고, 성능을 높일 수 있었지만, blocking I/O 를 사용한다는 점에서 미세한 성능 차이가 일어날 수 있다.

Reactive Programming 의 Thread 관리 방식

Reactive Programming 는 단일 Thread 방식으로 관리가 된다. (단일 Thread 방식이라고 하지만 Core수대로 Thread 를 가지고 있다.)

먼저, 멀티 Thread 방식이 아닌 이유는 데이터의 변경을 감지하고 동작하는 함수형 프로그래밍에서는 멀티 Thread 일 경우, 데이터가 공유되어 잘못된 결과가 처리될 수 있는 위험성이 있기 때문이다. 이런 현상을 부수 효과 Side effect 라고 한다.

같은 자원을 여러 Thread 에서 경쟁 조건(Race condition)에 빠지게 되면 결과가 꼬이고, 디버깅에도 어려움을 겪게 된다. 함수형 프로그래밍에서 순수 함수 가 조건에 해당되는 이유가 위와 같은 에러 상황을 방지하기 위함이다.

단일 Thread 조건인 Reactive Programming 이 고성능 프로그램을 구현하기 위해 Event Loop 모델 방식을 도입하게 되었다.

Event Loop 모델 방식은 요청(Event) 를 Event Queue 에 적재를 하고, Event Loop 의 알고리즘에 의해 함수 호출/처리 후 Callback 응답 처리한다.

Event Loop

Spring Webflux & Evnet Loop 방식 이해를 위한 좋은 블로그 : https://devahea.github.io/2019/04/21/Spring-WebFlux는-어떻게-적은-리소스로-많은-트래픽을-감당할까

RxJava

RxJava 는 2013년 Neflex 넷플릭스사의 기술 블로그에서 처음 소개되었다. 넷플릭스에서 RxJava 를 개발하게 된 이유로 3가지를 밝혔는데,

1. 동시성을 적극적으로 끌어안을 필요가 있다. (Embrace Concurrency)

서비스 계층에서 동시성 처리를 위해 client 의 요청을 처리할 때, 다수의 비동기 실행 흐름을 생성하고 결과를 취합하여 최종 응답 처리하는 방식

2. Java Future 를 조합하기 어렵다는 점을 해결해야 한다. (Java Futures are Expensive to Compose)

2013년 당시 Java8 에는 CompletableFuture 같은 class 가 지원되지 않았기 때문에 비동기 흐름을 조합할 방법을 찾기 위한 RxJava 의 Operator 라는 리액티브 연산자를 개발

3. Callback 방식의 문제점을 개선해야 한다. (Callbacks Have Their Own Problems)

Callback hell 의 문제를 해결하기 위해 Callback 사용하지 않는 방향으로 설계

RxJava 살짝 맛보기
implementation 'io.reactivex.rxjava2:rxjava:2.2.21'
public static void main(String[] args) {
    emit();
}

public static void emit() {
    /*
     * Observable.class : 데이터의 변화가 발생하는 data source
     * just() : 기본적인 Observable 선언 방식으로, data source 에 String 정보 2개를 발행
     * subscribe() : Observable 를 구독하며 발행된 데이터를 소비
     */
    Observable
            .just("Hello", "RxJava")
            .subscribe(System.out::println);
    // out : Hello
    // out : RxJava
}
RxJava 학습 단계
  1. Observable Class 이해
  2. map(), filter(), reduce(), flatMap() 함수의 사용법
  3. 생성 연산자, 결합 연산자, 변환 연산자 등 카테고리별 주요 함수 이해
  4. 스케줄러의 의미, subscribeOn() 과 observeOn() 함수의 차이를 알아둔다.
  5. 그 밖의 디버깅, 흐름 제어 함수 이해

출처