Coroutine (feat. Kotlin)

Coroutine 코루틴 은 동시성 처리를 위한 비즈니스 로직에서 많이 사용되고 있는 프로그래밍 기법이라 할 수 있다.

코루틴은 코틀린 언어뿐만 아니라 Go-lang, C++, Javasacript 등 많은 언어에서 지원하고 있고, 코틀린 진영에서도 많은 개발자들이 적극 활용하여 비동기 프로그래밍을 구현하고 있다.

Coroutine 코루틴에 대해서

먼저 코루틴은 간단히 정리해보자면, 프로세스를 일시 정지할 수 있도록 하는 하나의 함수이다. 프로세스를 일시 정지한다는 의미는 Main Routine 메인 루틴에서 실행되고 있는 Sub Routine 서브 루틴을 일시 정지하고 다시 재개할 수 있다는 것이다.

코루틴은 협력적 멀티태스킹을 지원하고, 비동기 프로그래밍을 쉽게 할 수 있도록 도와주는 경량 스레드라고도 많이 불린다.

경량성 : 코루틴은 스레드보다 훨씬 가볍고 생성 비용이 적기 때문에, 수천 개의 코루틴을 생성해도 메모리와 성능 큰 영향이 없다.
비동기 코드 간결성 : 흔히 콜백 지옥과 같은 코드의 가독성 저하 문제를 피할 수 있고, 동기 코드처럼 작성할 수 있다.
구조화된 동시성 : 코루틴은 부모-자식 관계를 통해 구조화된 동시성을 지원한다.
- 코루틴의 parent 가 종료되면, parent 의 모든 children 도 취소된다.
- child 코루틴 실행 중 exception 예외 발생하여 종료되면, exception 은 parent 에게 전달되어 취소시킨다.
- 만약 child 에서 명시적으로 취소하면, parent 에게 취소는 전파되지 않는다.

Thread 스레드 vs. Coroutine 코루틴

Thread 스레드는 OS 운영체제에서 관리하는 독립적인 실행 단위이다. 스레드는 생성 비용과 Context-Switching 전환 비용이 크다.
Coroutine 코루틴은 스레드 위에서 실행되는 경량 스레드이다. 코루틴은 스레드보다 생성 비용이 적고, 컨텍스트 스위칭 비용이 적다.
스레드는 Preemptive Multitasking 선점형 멀티태스킹을 사용하고, 코루틴은 Cooperative Multitasking 협력형 멀티태스킹을 사용한다.

Coroutine Builder 코루틴 빌더

코루틴 빌더는 코루틴을 생성하고 관리하는 함수로, 다양한 종류의 코루틴 생성하는 방법을 제공한다.

주요 코루틴 빌더

runBlocking
launch
async
withContext

`runBlocking`

runBlocking : 현재 스레드를 blocking 차단하여 블록 내의 코루틴이 시작하고, 완료될 때까지 기다린다.
- 주로 메인 함수나 테스트 코드에서 코루틴을 실행할 때 사용된다.

fun main() = runBlocking {
    launch {
        delay(1000)
        println("World!")   
    }
    println("Hello")
}

// Hello
// World!

runBlocking 블록 내에서 스레드가 차단되고, 블록 내의 코루틴 코드가 실행된다.
launch 블록 내에서 코루틴이 실행되고, 동시에 블록 내 또다른 코드가 실행되어 Hello 메시지가 출력된다.
delay 함수는 suspend 함수이며, 코루틴을 일시 정지하여 1초 후에 World! 메시지가 출력된다.
- delay 함수는 suspend 함수이며, 코루틴을 1초동안 정지시킨다.

`launch`

launch 는 코루틴을 시작하고, 결과를 반환하지 않는 대신 Job 객체를 반환하여 코루틴의 상태를 추적하거나 취소할 수 있다.

runBlocking {
  launch {
      // 코루틴 내에서 실행하는 코드
  }
}

`async`

async 는 코루틴을 시작하고, Deferred 객체를 통해 결과를 반환한다.

runBlocking {
    val deferred = async {
        // 코루틴 내에서 실행하는 코드
    }
    val result = deferred.await()   // 결과 반환할 때까지 기다림
}

`withContext`

withContext 는 현재 코루틴을 일시 중단하고, 지정된 컨텍스트에서 코루틴을 실행하여 결과를 반환한다.
주로 다른 디스패처로 전환할 때 사용된다.
만약 실행되고 있는 코루틴에서 DB 작업과 같은 네트워크 I/O 작업이 필요하다면, withContext(Dispatchers.IO) 를 사용하여 컨텍스트를 전환할 수 있다.
만약 컨텍스트 전환이 없다면, 메인 스레드를 그대로 사용하면서 I/O 작업이 실행되기 때문에 성능 이슈가 발생할 수 있다.

runBlocking {
    val result = withContext(Dispatchers.IO) {
        // IO 디스패처에서 실행할 코드
        delay(1000L)
        "Result"
    }
    println(result) // Output: Result
}

Coroutine Scope 코루틴 범위

코루틴 스코프는 코루틴을 실행하는 범위를 나타내며, 코루틴의 생명주기를 제어하기 위해 사용된다.

코루틴 스코프는 코루틴 빌더를 사용하여 코루틴을 시작할 수 있는 컨텍스트를 제공한다. 그리고, 코루틴의 구조적 동시성을 보장하는 중요한 역할을 한다.

`GlobalScope`

애플리케이션 전역 범위에서 수명과 코루틴의 수명이 동일한 경우 사용된다.
코루틴이 종료되지 않고 계속 실행되는 경우, 메모리 누수가 발생할 수 있다.
전역 스코프로 구조적 동시성을 보장하지 않기 때문에 일반적으로 사용되지 않는다.

`CoroutineScope`

특정 범위에서 코루틴을 실행하는 데 사용된다.
특정 작업이나 컴포넌트의 수명동안 코루틴을 실행한다.
구조적 동시성을 보장한다.

Coroutine Context 코루틴 컨텍스트

코루틴 컨텍스트는 코루틴의 실행 환경을 정의하는 요소들의 집합을 의미한다.

주요 코루틴 컨텍스트 요소

Job : 코루틴의 생명 주기를 관리
CoroutineDispatcher : 코루틴이 실행되는 스레드를 결정
CoroutineName : 코루틴의 이름을 지정
CoroutineExceptionHandler : 코루틴에서 발생하는 예외를 처리

Dispatchers 디스패처

Dispatchers 는 코루틴이 실행되는 어떤 스레드 또는 스레드-풀에서 실행될지를 결정하는 역할을 한다.

Dispatchers.Default : 공유된 백그라운드 스레드-풀에서 실행되며, CPU 집약적인 작업에 적합
Dispatchers.IO : I/O 작업 최적화된 디스패처로, 파일 읽기/쓰기, 네트워크 요청 등 사용
Dispatchers.Main : 메인 스레드에서 코루틴을 실행
Dispatchers.Unconfined : 특정 스레드에 바인딩되지 않고, 호출된 스레드에서 실행

Coroutine Cancelation & Timeout 코루틴 취소와 타임아웃

`cancel`

`withTimeout`

`withTimeoutOrNull`

Coroutine Exception Handling 코루틴 예외 처리

`try-catch`

`CoroutineExceptionHandler`

Coroutine Channels & Flows 코루틴 채널 & 플로우

`Channel`

`Flow`

출처

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