[Kotlin] 코루틴 - suspend 키워드 이해해보기!

코루틴

코루틴(Coroutine)은 Co(함께, 서로) + routine(규칙적 작업의 집합) 2개가 합쳐진 단어로 함께 동작하며 규칙이 있는 작업의 집합을 의미한다.

왜 Koroutine이 아니라 Coroutine인지 의아할 수 있는데 코루틴은 코틀린만의 것이 아니다. Python, C#, Go, Javascript 등 다양한 언어에서 지원하는 개념이다.

JS의 async, await도 코루틴의 일부이며, 코루틴은 프로그래밍 초창기부터 존재하던 개념이다.

vs Thread

코루틴은 경량 쓰레드라고 부른다.

아래는 여러 개의 쓰레드로 여러 개의 작업을 실행하는 방식이다.

코루틴은 작업 하나하나에 Thread를 할당하는 것이 아니라 Object를 할당한다.

쓰레드가 Object를 스위칭함으로써 Context Swiching 비용을 대폭 줄인다.

Kotlin Coroutines

코틀린에서는 코루틴을 위한 공식 라이브러리(kotlinx.coroutines)를 지원한다.

Jetbrain에서는 멀티 쓰레딩 문제를 간소화된 방식으로 해결할 수 있도록 코틀린의 코루틴 라이브러리를 개발했다고 한다.

코루틴은 높은 러닝커브를 가지는 RxJava와 같은 비동기 라이브러리보다 낮은 러닝커브로 동기적으로 코드를 작성할 수 있게 도움을 준다.

코틀린에서는 suspend 키워드를 사용해서 코루틴을 제공하고 있다.

suspend 키워드

suspend는 coroutine 혹은 다른 suspend 함수에서 사용한다.

suspend 키워드를 사용하면 해당 작업을 일시중단 시키고, 그 시간 동안 다른 작업에 Thread를 할당할 수 있다.

suspend의 내부 구현을 이해하려면 코틀린 컴파일러와 CPS(Continuation passing style)를 알아야 한다.

CPS(Continuation passing style)

코루틴에서 사용하는 Continuation passing style는 Direct style과 유사하다. Direct style의 특징은 아래와 같다.

• Caller가 callee를 호출하는 상황에서 Callee는 값을 계산하여 반환
• Caller는 callee가 반환한 결과를 사용
• 일반적인 동기 스타일

아래는 Continuation passing style의 특징이다.

• Caller가 callee를 호출하는 상황에서 Callee는 값을 계산하여 Continuation을 실행하고 인자로 값을 전달
• continuation은 callee 마지막에서 한 번만 실행한다.

아래 코드를 보자.

object CpsCalculator {
    fun calculate(initialValue: Int, continuation: (Int) -> Unit) {
        initialize(initialValue) { initial ->
            plusOne(initial) { added ->
                double(added) { multiplied ->
                    continuation(multiplied)
                }
            }
        }
    }

    private fun initialize(value: Int, continuation: (Int) -> Unit) {
        continuation(value)
    }

    private fun plusOne(value: Int, continuation: (Int) -> Unit) {
        continuation(value + 1)
    }

    private fun double(value: Int, continuation: (Int) -> Unit) {
        continuation(value * 2)
    }
}

fun main() {
    CpsCalculator.calculate(5) { result ->
        log.info("Result: {}", result)
    }
}

Continuation은 Callback과 유사한 방식이다.

Callback은 추가로 무엇을 해야 하는 지를 호출하는 것이고 여러번 호출할 수 있다. 반면, Continuation은 최종적으로 로직의 제어를 넘기기 위해 한 번 호출된다는 차이가 있다.

코루틴은 내부적으로 CPS를 이용해 구현된다.

Contiunation

아래는 Kotlin coroutines에서 사용하는 Continuation 인터페이스이다.

public interface Continuation<in T> {
    public val context: CoroutineContext
    public fun resumeWith(result: Result<T>)
}

내부적으로 coroutineContext를 포함하고, resumeWith()는 마지막 suspend 함수의 결과를 전달받을 수 있게 해주는 함수이다.

코틀린 컴파일러는 아래와 같은 suspend 키워드가 있는 메서드가 있다고 가정했을 때

suspend fun execute(userId: Long, productIds: List<Long>): Order {
    // 1. 유저 조회
    val user = userService.findUserFuture(userId)
        .await()

    // 2. 상품 목록 조회
    val products = productService
        .findProductFlowable(productIds)
        .toList().await()

    // 5. 주문
    val order = orderService.createOrderMono(
        user, products
    ).awaitSingle()

    return order
}

컴파일러가 Continuation를 활용한 CPS 구조의 코드로 변환하고, 일시 중단(suspend), 재개(resume)이 가능한 형태로 만든다.

• suspend 키워드가 붙은 함수에 Continuation 인자 추가
• 내부에서 다른 suspend 함수를 실행할 때 소유하고 있던 Continuation을 전달

여기서 일시 중단과 재개 가능한 단위를 코루틴(coroutine)이라 한다.

참고로 위 변환 과정으로 인해 suspend가 없는 함수에서는 다른 suspend 함수를 호출할 수 없다. 전달할 Continuation이 없기 때문이다.

참고

• https://www.charlezz.com/?p=45962
• https://incheol-jung.gitbook.io/docs/study/undefined-4/1