[CS] 동기/비동기, 블로킹/논블로킹

우아한테크코스 레벨 2에서 학습한 내용을 정리한 글입니다.

 

💭 들어가며

이번 미션을 진행하면서 처음으로 AtomicLong을 접했다. 왜 AtomicLong을 사용하는지 찾아보니 논블로킹 방식으로 동시성 제어가 가능하기 때문이라고 한다.

"논블로킹이 뭐지..?" 찾아보니 블로킹(Blocking)과 논블로킹(Non-Blocking)이라는 개념이 있었고, 또 그와 자주 함께 언급되는 개념으로 동기(Synchronous)와 비동기(Asynchronous)도 있었다. 전에도 종종 들어본 키워드들이지만, 제대로 정리해 본 적은 없었던 것 같다. 이번 기회에 헷갈리기 쉬운 이 네 가지 개념들을 정리하고, 각 조합이 실제로 어떻게 동작하는지 이해해보고자 한다. 

사실 각각의 개념은 서로 직접적인 비교 대상은 아니다. 그럼에도 불구하고 여러 곳에서 혼용되어 사용되는 경우가 많다. 아마도 두 개념 모두 "기다림이 있는가 없는가"라는 공통된 특징을 가지고 있기 때문에 헷갈리는 것이 아닐까 싶다. 나 역시 처음에는 정말 이해하기 어려웠는데, 비유를 통해 개념을 시각적으로 정리하면서 훨씬 쉽게 이해할 수 있어 소개하고자 한다.

 

 

✅ 블로킹/논블로킹

▶ 블로킹(Blocking)

"기다려야 해"

🔽 특징

• 작업이 끝날 때까지 스레드가 멈춰 있다.
• 다른 작업은 하지 못하고, 계속 기다려야 한다.
• 구현은 단순하지만, 요청이 많아지면 병목이 생길 수 있다.

🔽 예시 코드

public static void main(String[] args) throws Exception {
    System.out.println("입력 기다리는 중...");

    BufferedReader reader = new BufferedReader(new InputStreamReader(System.in));
    String input = reader.readLine(); // 입력 전까지 멈춤

    System.out.println("입력한 값: " + input);
}

nextLine()을 호출하면 콘솔에 입력을 끝낼 때까지 스레드가 멈춘다.

 

▶ 논블로킹(Non-Blocking)

"기다리지 않아도 돼"

🔽 특징

• 요청을 보내고 곧바로 다음 작업을 할 수 있다.
• 상태를 polling 방식으로 직접 확인하거나, 이벤트 기반으로 처리한다.

🔽 예시 코드

public static void main(String[] args) throws Exception {
    SocketChannel channel = SocketChannel.open();
    channel.configureBlocking(false); // 논블로킹 설정

    channel.connect(new InetSocketAddress("example.com", 80));
    ByteBuffer buffer = ByteBuffer.allocate(1024);

    int bytesRead = channel.read(buffer); // 바로 반환됨
    System.out.println("읽은 바이트 수: " + bytesRead);
}

데이터가 없거나 연결이 완료되지 않은 경우 read()는 즉시 0 또는 -1을 반환하고 멈추지 않는다.

 

 

✅ 동기/비동기

▶ 동기(Synchronous)

"내가 끝까지 다 해"

🔽 특징

• 앞 작업이 끝나야 다음 코드를 실행할 수 있다.
• 흐름이 명확해서 이해는 쉽고 디버깅도 편하다.
• 오래 걸리는 작업일수록 전체 처리 시간도 길어진다.

🔽 예시 코드

public static void main(String[] args) {
    System.out.println("1. 계산 시작");

    int result = heavyWork(); // 내가 직접 처리
    System.out.println("2. 결과: " + result);

    System.out.println("3. 다음 작업 진행");
}

private static int heavyWork() {
    try {
        Thread.sleep(2000); // 2초 걸리는 작업
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    return 42;
}

main() 함수는 heavyWork()를 직접 호출하고, 작업이 끝날 때까지 기다린다.

 

▶ 비동기(Asynchronous)

"남한테 시키고 나는 다른 작업해"

🔽 특징

• 요청을 맡기고, 결과는 나중에 콜백/이벤트로 처리한다.
• 동시에 여러 작업을 처리할 수 있어 효율이 좋다.
• 흐름이 분리돼 있어 코드가 복잡해질 수 있다.

🔽 예시 코드

public static void main(String[] args) {
    System.out.println("1. 계산 시작");

    // 남에게 시킴
    CompletableFuture<Integer> future = CompletableFuture.supplyAsync(() -> heavyWork());

    System.out.println("2. 다른 작업 진행"); // 먼저 실행됨

    future.thenAccept(result -> {
        System.out.println("3. 결과: " + result);
    }).join(); // 결과 기다려줌
}

private static int heavyWork() {
    try {
        Thread.sleep(2000); // 2초 걸리는 작업
    } catch (InterruptedException e) {
        e.printStackTrace();
    }
    return 42;
}

CompletableFuture를 사용하면 작업을 다른 스레드에 맡기고, 그동안 다른 코드를 실행할 수 있다. 결과가 나중에 도착하면 .thenAccept()로 콜백 처리할 수 있다.

 

 

✅ 동기/비동기 + 블로킹/논블로킹 조합

사실 이 두 개념은 조합되어 자주 등장한다. 예시가 난해한 경우가 많았는데, 프린트를 하는 상황을 예로 들어 시각적으로 정리해보았다.

 

▶ 동기 + 블로킹 (Sync Blocking)

🔽 특징

• 간단하고 익숙하다.
• 요청이 많아지면 줄 서서 기다려야 하므로 처리 속도가 느려진다.
• 동시성이 낮고, 스레드가 많이 필요하다.

🔽 적용 예시

• Spring MVC + JDBC
• Python requests.get()
• Java HttpURLConnection.openStream()

🔽 시나리오

• 내가 직접 프린트를 하면서
• 프린트가 끝날 때까지 아무것도 못 하고 기다린다.

 

▶ 동기 + 논블로킹 (Sync Non-Blocking)

🔽 특징

• 결과는 필요하지만, 지금 당장은 넘어갈 수 있다.
• 상태를 직접 확인하거나 반족적으로 체크해야 한다.
• 그래서 직접 관리할 것이 많아지고, 구현이 까다로울 수 있다.

🔽 적용 예시

• Java NIO + select/poll
• C의 epoll, select 서버
• Redis의 tryLock() 같은 즉시 실패 방식

🔽 시나리오

• 내가 프린팅을 하면서
• 프린트가 끝났는지 확인하며, 다른 작업도 할 수 있다.

 

▶ 비동기 + 블로킹 (Async Blocking)

🔽 특징

• 외형은 비동기지만, 내부 작업은 여전히 블로킹이라 효율이 떨어진다.
• 시스템 자원을 계속 점유하며, 병목의 원인이 되기도 한다.
• 예전 방식이 많고, 개선 대상으로 자주 언급된다.

🔽 적용 예시

• Node.js + MySQL(mysql 드라이버)
• Spring @Async + JDBC
• CompletableFuture.runAsync(() -> JDBC)

🔽 시나리오

• 친구가 프린팅을 하면서
• 친구가 프린트를 해올 때까지 아무 것도 못 하고 기다린다.

실무에서 거의 사용되지 않으며, 안티패턴으로 여겨지는 경우가 많은 방식이다.

 

▶ 비동기 + 논블로킹 (Async Non-Blocking)

🔽 특징

• 리소스를 거의 낭비하지 않고 매우 효율적이다.
• 요청 처리량(동시성)이 높아서 고성능 웹서비스에 적합하다.
• 구현은 복잡하다.

🔽 적용 예시

• Spring WebFlux + R2DBC
• Node.js + MongoDB (Mongoose)
• Netty, Vert.x
• JavaScript fetch + async/await

🔽 시나리오

• 친구가 프린팅을 하면서
• 나는 다른 작업을 할 수 있다.

 

 

📍 참고 자료

• Java 공식 문서 - AtomicLong
• 👩‍💻 완벽히 이해하는 동기/비동기 & 블로킹/논블로킹