코루틴의 구조적 동시성(Structured Concurrency)

 

 

이번 게시글에서는 코루틴의 구조적 동시성에 대해 알아보고자 합니다.

 

 

 

 

1. 구조적 동시성이란?

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1.1. 시작하기에 앞서

구조적 동시성(Structured Concurrency)이란 동시성 작업의 흐름을 순차적으로 제어할 수 있도록 하는 방식입니다.

 

일반적으로 코드는 순차적으로 실행되지만 동시성 작업이 추가되면, 제어의 흐름을 벗어나게 됩니다. 아래의 그림의 `myfunc`와 같이 말이죠.

 

 

동시성 작업이 완전히 통제되기를 기대할 수는 없습니다. 일정 부분은 그대로 흘러가게 두어야 합니다. 그러나 이러한 흐름을 적절히 제어해야만, 전체 작업이 예측 가능한 순서로 실행되도록 보장할 수 있습니다.

 

 

1.2. Nurseries

동시성 작업을 제어하기 위한 개념으로 `nurseries`가 등장했습니다.

 

`nurseries`의 핵심 아이디어는 실행 흐름이 여러 개의 동시 경로로 분기될 때마다, 반드시 다시 하나로 합쳐지도록 해야한다는 것입니다. 

 

예를 들어, 동시에 세 가지 작업을 수행하고자 할 때, 전체 제어 흐름은 다음과 같은 형태를 갖춰야 합니다.

 

위 그림에서 볼 수 있듯이, 위에서 들어오는 화살표는 하나이고 아래로 나가는 화살표도 하나뿐입니다. 이러한 구조를 이루기 위해서는 우리는 모든 동시성 작업이 종료되는 시점을 명확하게 제어해야 합니다.

 

 

이를 위해 먼저 동시에 실행되는 작업들을 하나의 단위 `Block`으로 묶습니다.

 

그리고 각 동시성 작업이 종료되면 `Block`에게 자신이 종료되었다는 것을 알리고, `Block`은 모든 동시성 작업이 종료되었을 때, `Block` 자체도 종료되어 다음 작업 흐름으로 이어집니다.

 

 

 

 

2. 코루틴의 구조적 동시성

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우리는 구조적 동시성의 개념에 대해 어느 정도 이해했습니다. 이제부터는 코루틴이 어떻게 구조적 동시성을 어떻게 구현하고 보장하는지 알아보겠습니다.

 

코루틴에서 동시에 실행되는 작업들은 CoroutineScope를 통해 하나의 실행 단위로 묶입니다. 

      

      

      

    
    

      <kotlin />
    
fun main() = runBlocking {
    println("작업 시작")

    coroutineScope {
        launch {
            delay(1000)
            println("첫 번째 작업 완료")
        }

        launch {
            delay(1500)
            println("두 번째 작업 완료")
        }
    }

    println("모든 작업 완료")
}

 

위 예제에서 각각의 작업(코루틴)은 자신의 실행이 종료되었음을 CoroutineScope에 알리고, CoroutineScope는 모든 자식 작업이 완료될 때까지 대기한 뒤, 스스로 종료되어 다음 실행 흐름으로 자연스럽게 이어지게 됩니다.

 

 

2.1. 부모-자식 코루틴의 개념

그럼 어떻게 각 작업은 자신의 실행이 종료되었다는 것을 CoroutineScope에 알릴까요? 

 

바로 스코프(Context)를 통해 부모-자식 관계를 형성하여 트리 구조를 만듭니다.

 

부모 코루틴은 CoroutineScope을 가집니다. 그리고 자식 코루틴은 부모의 `Job`을 계층적으로 이어받습니다. 

      

      

      

    
    

      <kotlin />
    
fun main() = runBlocking {  // 부모 코루틴
    launch {                // 자식 코루틴 1
        delay(1000)
        println("1번 작업")
    }

    launch {                // 자식 코루틴 2
        delay(2000)
        println("2번 작업")
    }
}

 

구조를 통해 부모 코루틴은 자식 코루틴의 생명주기를 추적하고 관리할 수 있게 됩니다.

 

자식 코루틴이 종료되면, 내부적으로 자신의 상태를 나타내는 Job이 완료되고, 이 상태는 부모의 Job에도 반영됩니다.

 

즉, 부모 코루틴은 자식들이 모두 정상적으로 완료되었는지, 중간에 예외가 발생했는지, 혹은 아직 실행 중인 작업이 있는지를 파악할 수 있으며, 이러한 관계 덕분에 부모는 자식들이 모두 종료될 때까지 대기하거나, 필요시 전파된 예외나 취소 신호에 대응할 수 있습니다.

 

이러한 구조적 연결 덕분에, 코루틴의 실행 흐름은 더 이상 예측할 수 없는 비동기 콜백의 모음이 아니라, 명확한 시작과 끝을 가진 일관된 구조로 표현될 수 있습니다.

 

 

 

 

 

3. 마무리하며

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코루틴의 구조적 동시성에 대해 설명한 게시글은 많이 있습니다. 하지만 저는 그런 글들을 읽고도 쉽게 이해하기 어려웠습니다.

 

그 이유는 어떤 글들이 “코루틴에서 부모-자식 관계를 생성하는 것이 구조적 동시성이다”라고 설명하고 있었기 때문입니다.

이 설명이 완전히 틀린 것은 아니지만, 설명 순서나 관점이 잘못되었다고 생각합니다. 정확하게는, 구조적 동시성을 구현하기 위해 코루틴이 부모-자식 관계를 활용하고 있는 것입니다.

즉, 구조적 동시성이라는 개념이 먼저 존재하고, 이를 실현하기 위한 수단으로 코루틴의 컨텍스트, CoroutineScope, Job과 같은 메커니즘들이 동원되고 있는 것입니다.

 

 

 

 

4. Reference

Notes on structured concurrency, or: Go statement considered harmful — njs blog