[kotlin/코틀린 코루틴의 정석] 3장. CoroutineDispatcher

Coroutine Dispatcher란?

Coroutine을 스레드로 보내 실행시키는 역할

• 스레드 / 스레드 풀을 가지며 코루틴을 실행 요청한 스레드에서 코루틴이 실행되도록 함

동작 방식

자신에게 실행 요청된 코루틴을 작업 대기열에 적재한 후, 사용할 수 있는 스레드가 생기면 스레드로 보냄

1. `CoroutineDispatcher` 객체에 코루틴의 실행이 요청 됨
2. [CoroutineDispatcher] 실행 요청 받은 코루틴을 작업 대기열에 적재
3. [CoroutineDispatcher] 사용할 수 있는 스레드가 있는지 확인
   1. 있다면, 코루틴을 해당 스레드로 보냄
   2. 없다면(모든 스레드가 코루틴을 실행중이라면), 작업 대기열에서 대기하도록 둠
      1. 스레드 중 하나가 자유로워 졌을 때, 대기열에 있던 코루틴을 스레드로 보냄

역할

• 코루틴의 실행을 관리하는 주체

 

제한된 디스패처와 무제한 디스패처

제한된 디스패처

• 사용할 수 있는 스레드가 제한된 디스패처
• 일반적으로 `CoroutineDispatcher` 객체별로 어떤 작업을 처리할지 미리 역할을 부여하고, 역할에 맞춰 실행을 요청하는 것이 효율적 → 주로 사용됨

무제한 디스패처

• 실행할 수 있는 스레드가 제한되지 않음
• 실행 요청된 코루틴이 아무 스레드에서나 실행되는 것이 아닌, 실행 요청된 코루틴이 이전 코드가 실행되던 스레드에서 계속 실행되도록 함

 

제한된 디스패처 생성하기

단일 스레드 디스패처

• `Single-Thread Dispatcher`
• 사용할 수 있는 스레드가 하나인 Coroutine Dispatcher → 스레드 풀: 1

val dispatcher: CoroutineDispatcher = newSingleThreadContext(name = "SingleThread")

• `name`: 디스패처에서 관리하는 스레드의 이름

멀티 스레드 디스패처

• `Multi-Thread Dispatcher`
• 2개 이상의 스레드를 사용할 수 있는 CoroutineDispatcher

val multiThreadDispatcher: CoroutineDispatcher = newFixedThreadPoolContext(nThreads = 2, name = "MultiThread"))

• `nThreads` : 스레드 개수
• `name` : 스레드의 이름
  • `MultiThread-1` , `MultiThread-2` 와 같이 ‘-1’ 부터 숫자가 하나씩 증가하는 형식으로 이름을 붙임

🔎 단일 스레드 디스패처와 멀티 스레드 디스패처의 관계

• 내부적으로 `newFixedThreadPoolContext`를 사용하고 있음
• `newSingleThreadContext` 와 `newFixedThreadPoolContext` 는 같은 함수라고 봐도 무방

 

CoroutineDispatcher 사용하여 코루틴 실행하기

launch의 파라미터로 사용하기

단일 스레드 디스패처 사용

fun main() = runBlocking {
    val dispatcher = newSingleThreadContext(name = "SingleThread")
    launch(context = dispatcher) {
        println("[${Thread.currentThread().name}] 실행")
    }
}

• 작업 대기열에 coroutine#2 코루틴을 적재한 후, 코루틴을 SingleThread로 보내 실행시킴

멀티 스레드 디스패처 사용

fun multiThreadDispatcher() = runBlocking<Unit> {
    val multiThreadDispatcher = newFixedThreadPoolContext(nThreads = 2, name = "MultiThread")
    launch(context = multiThreadDispatcher) {
        println("[${Thread.currentThread().name}] 실행")
    }
    launch(context = multiThreadDispatcher) {
        println("[${Thread.currentThread().name}] 실행")
    }
}

1. CoroutineDispatcher 객체 생성
2. coroutine#2 실행 요청
3. 작업 대기열에 coroutine#2 적재 후, MultiThread-1 에 할당하여 실행
4. coroutine#3 실행 요청
5. 작업 대기열에 coroutine#3 적재 후, MultiThread-2 에 할당하여 실행

⚙ 실행 환경에 따라 각 코루틴이 다른 속도로 처리될 수 있기 때문에, 스레드의 순서나 사용되는 스레드의 수는 매우 불규칙적이다.

CoroutineDispatcher 구조화

• 코루틴의 구조화: 코루틴 내부에서 새로운 코루틴을 실행할 수 있다.
• 자식 코루틴에 CoroutineDispatcher 객체가 설정되어있지 않으면, 부모 코루틴의 CoroutineDispatcher 객체를 사용

fun coroutineStructure() = runBlocking<Unit> {
    val multiThreadDispatcher = newFixedThreadPoolContext(nThreads = 2, name = "MultiThread")

    launch(multiThreadDispatcher) { // Parent Coroutine
        println("[${Thread.currentThread().name}] 부모 코루틴 실행")
        launch {    // Child Coroutine
            println("[${Thread.currentThread().name}] 자식 코루틴 실행")
        }
        launch {  // Child Coroutine
            println("[${Thread.currentThread().name}] 자식 코루틴 실행")
        }
    }
}

부모와 자식 모두 같은 CoroutineDispatcher를 사용하므로 MultiThread-1과 MultiThread-2를 공용으로 사용

💡 특정 CoroutineDispatcher에서 여러 작업을 실행해야 한다면, 부모 코루틴에 CoroutineDispatcher를 설정하고, 그 아래에 자식 코루틴을 여러개 생성하자.

 

미리 정의된 CoroutineDispatcher

문제점

• `newFixedThreadPoolContext` 함수를 사용하여 CoroutineDispatcher를 만들면, 특정 CoroutineDispatcher 객체에서만 사용되는 스레드 풀이 생성 → 스레드 풀에 속한 스레드의 수가 너무 많거나 적게 생성되어 비효율적인 동작 유발
• 여러 개발자가 작업할 경우, 이미 메모리 상에 있음에도 해당 객체의 존재를 몰라 다시 CoroutineDispatcher 객체를 만드는 리소스 낭비 발생 가능

해결

🌟 미리 정의된 CoroutineDispatcher의 목록을 제공

• `Dispatchers.IO`
• `Dispatchers.Default`
• `Dispatchers.Main`

Dispatchers.IO

• 네트워크 요청이나 파일 입출력등의 IO 작업을 위한 CoroutineDispatcher
• 최대로 사용할 수 있는 스레드 수: JVM에서 사용 가능한 프로세서의 수와 64 중 큰 값
• 🌟여러 입출력 작업을 동시에 수행할 수 있음🌟

fun dispatchersIO() = runBlocking<Unit> {
    launch(Dispatchers.IO) {
        println("[${Thread.currentThread().name}] 코루틴 실행")
    }
}

• `DefaultDispatcher-worker : 코루틴 라이브러리에서 제공하는 공유 스레드풀에 속한 스레드
  • Dispatchers.IO는 공유 스레드풀의 스레드를 사용할 수 있도록 구현되어 있음

Dispatchers.Default

• CPU를 많이 사용하는 연산 작업을 위한 CoroutineDispatcher

fun dispatchersDefault() = runBlocking<Unit> {
    launch(Dispatchers.Default) {
        println("[${Thread.currentThread().name}] 코루틴 실행")
    }
}

🔎 입출력 작업과 CPU 바운드 작업

• 입출력 작업: 결과를 반환받을 때 까지 스레드를 사용하지 않음
• CPU 바운드 작업: 작업을 하는 동안 스레드를 지속적으로 사용

	I/O 작업	CPU 바운드 작업
스레드 기반 작업 시	느림	비슷
코루틴 사용 시	빠름 (대기하는 동안 해당 스레드에서 다른 입출력 작업을 동시에 진행)

limitedParallelism

문제점

사용이 무겁고 오래걸리는 연산 처리를 위해 `Dispatchers.Default` 의 모든 스레드가 사용될 수 있음

`Dispatchers.Default` 를 사용하는 다른 연산이 실행되지 못함

해결

`limitedParallelism` : 일부 스레드만 사용하여 특정 연산을 실행할 수 있도록 하는 함수

fun limitedParallelism() = runBlocking<Unit> {
    launch(Dispatchers.Default.limitedParallelism(2)) {
        repeat(10) {
            launch {
                println("[${Thread.currentThread().name}] 코루틴 실행")
            }
        }
    }
}

• Dispatchers.Default 의 여러 스레드 중 2개의 스레드만을 사용

공유 스레드풀

• 코루틴 라이브러리는 스레드의 생성과 관리를 효율적으로 할 수 있도록 애플리케이션 레벨의 공유 스레드풀을 제공
• 공유 스레드풀에서는 스레드를 무제한으로 생성 가능
• 코루틴 라이브러리는 스레드를 생성하고 사용하도록 하는 API 제공

• `newFixedThreadPoolContext` 함수로 만들어지는 디스패처는 자신만 사용할 수 있는 전용 스레드풀 생성
• `Dispatchers.IO`와 `Dispatchers.Default` 는 공유 스레드풀의 스레드를 사용

Dispatchers.Main

• UI가 있는 애플리케이션에서 메인 스레드의 사용을 위해 사용됨
• 별도의 라이브러리(kotlinx-coroutines-android 등)을 추가해야 사용 가능

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http://www.acornpub.co.kr/book/kotlin-coroutines

코틀린 코루틴의 정석

🌟후기🌟

Spring Boot - Kotlin 사용하는 환경에서 코루틴에 대한 더 깊은 지식이 필요해 찾다 발견한 책. 
한국인 저자 분이어서 그런지 전반적으로 이해하기 굉장히 쉽게 되어있고,
기존 코틀린 책에서는 쉽게 다뤄지지 않는 더 딥한 코루틴 기능까지 알 수 있음.
(지금까지 읽은 기술서 중 실무에서 가장 잘 쓰고 있는 책...가장 술술 읽힌 책...👍)
SpringBoot-Kotlin 환경에서 코루틴을 더 공부하고 싶다면 정말 강추 필수 필수 👍🔥👍🔥👍🔥👍🔥👍🔥