[TIL] 내일배움캠프 116일차_[async/await] 동기와 비동기: async와 await

👀Today I Learn

동기와 비동기

1. 동기(Synchronous)

• 코드가 순차적으로 실행됨
• 이전 작업이 완료될 때까지 다음 작업이 대기
• 실행 흐름이 예측 가능하지만, 하나의 작업이 오래 걸릴 경우 전체 응답 속도가 느려질 수 있음

2. 비동기(Asynchronous)

• 작업이 완료될 때까지 기다리지 않고 다음 작업을 진행
• 병렬적으로 실행할 수 있어 성능 향상 가능
• 이벤트 기반 프로그래밍 방식 사용

Python에서의 비동기 처리 방식

1. async와 await

• Python에서는 async와 await 키워드를 사용하여 비동기 코드를 작성할 수 있음
• async 함수는 호출 시 즉시 실행되지 않고 await 키워드가 있는 지점에서 멈추었다가, 실행이 완료되면 다시 진행됨

• 예제

    import asyncio
      
    async def my_async_function():
        print("Start")
        await asyncio.sleep(2)
        print("End")
      
    asyncio.run(my_async_function())
  

2. Multi-threading

• 여러 스레드를 사용하여 동시에 여러 작업을 실행
• Python의 threading 모듈을 사용하여 구현
• GIL(Global Interpreter Lock) 때문에 CPU 작업보다는 I/O 작업에 적합

• 예제

    import threading
    import time
      
    def worker():
        print("Thread 시작")
        time.sleep(2)
        print("Thread 종료")
      
    thread = threading.Thread(target=worker)
    thread.start()
    thread.join()
  

3. Multi-processing

• 여러 프로세스를 사용하여 병렬로 작업 수행
• multiprocessing 모듈을 사용하여 구현
• GIL의 영향을 받지 않아 CPU 연산이 많은 작업에 적합

• 예제

    import multiprocessing
    import time
      
    def worker():
        print("Process 시작")
        time.sleep(2)
        print("Process 종료")
      
    process = multiprocessing.Process(target=worker)
    process.start()
    process.join()
  

Django에서의 비동기 처리 방식

1. Celery + Redis

• Celery는 비동기 작업을 처리하는 분산 작업 큐

• Redis를 백엔드로 사용하여 작업을 저장하고 실행

• 설치 및 실행

    pip install celery redis
  

• celery.py 설정 (Django 프로젝트 루트)

    import os
    from celery import Celery
      
    os.environ.setdefault('DJANGO_SETTINGS_MODULE', 'myproject.settings')
      
    celery_app = Celery('myproject')
    celery_app.config_from_object('django.conf:settings', namespace='CELERY')
    celery_app.autodiscover_tasks()
  

• 태스크 정의

    from celery import shared_task
    import time
      
    @shared_task
    def my_task():
        time.sleep(5)
        return "작업 완료"
  

2. async와 await

• Django 3.1부터 일부 뷰에서 async 지원 가능

    from django.http import JsonResponse
    import asyncio
      
    async def async_view(request):
        await asyncio.sleep(2)
        return JsonResponse({"message": "비동기 작업 완료"})
  

Django와 Channels

1. 웹소켓(WebSocket)이란?

• 실시간 양방향 통신을 가능하게 하는 프로토콜
• HTTP와 달리 연결을 유지하면서 클라이언트-서버 간 데이터를 주고받을 수 있음

비교 항목	HTTP	WebSocket
연결 방식	요청-응답	지속적 연결
속도	요청마다 연결	지속 연결로 빠름
데이터 교환	클라이언트가 요청해야 서버 응답	실시간 양방향 통신

2. Django Channels를 이용한 웹소켓 구현

1. 설치 및 설정

   pip install channels channels-redis
   

• settings.py

    INSTALLED_APPS = [
        'channels',
        'myapp',
    ]
      
    ASGI_APPLICATION = "myproject.asgi.application"
    CHANNEL_LAYERS = {
        "default": {
            "BACKEND": "channels_redis.core.RedisChannelLayer",
            "CONFIG": {
                "hosts": ["redis://localhost:6379"],
            },
        },
    }
  

• asgi.py

    import os
    from django.core.asgi import get_asgi_application
    from channels.routing import ProtocolTypeRouter, URLRouter
    import myapp.routing
      
    os.environ.setdefault('DJANGO_SETTINGS_MODULE', 'myproject.settings')
      
    application = ProtocolTypeRouter({
        "http": get_asgi_application(),
        "websocket": URLRouter(
            myapp.routing.websocket_urlpatterns
        ),
    })
  

• routing.py

    from django.urls import path
    from myapp.consumers import ChatConsumer
      
    websocket_urlpatterns = [
        path("ws/chat/", ChatConsumer.as_asgi()),
    ]
  

• consumers.py

    import json
    from channels.generic.websocket import AsyncWebsocketConsumer
      
    class ChatConsumer(AsyncWebsocketConsumer):
        async def connect(self):
            await self.accept()
            await self.send(text_data=json.dumps({"message": "연결 성공"}))
      
        async def disconnect(self, close_code):
            pass
      
        async def receive(self, text_data):
            data = json.loads(text_data)
            message = data["message"]
            await self.send(text_data=json.dumps({"message": message}))
  

Redis를 활용한 다중 서버 웹소켓 운영

• 여러 대의 서버에서 웹소켓을 처리할 경우 Redis를 이용하여 메시지를 브로드캐스트
• channels_redis를 설정하여 여러 서버 간 동기화 가능

비동기 처리의 한계와 주의할 점

1. CPU 바운드 작업
   • 비동기는 주로 I/O 작업에 적합하며, CPU 작업이 많다면 multiprocessing이 필요
2. 동기-비동기 혼합 주의
   • 비동기 코드 내부에서 동기 함수를 실행하면 성능 저하 발생 가능
3. 데드락 발생 가능
   • 잘못된 await 사용으로 인해 프로그램이 멈출 수 있음
4. 오버헤드:
   • 비동기 실행을 위한 컨텍스트 스위칭 비용 존재

💡Today I Thought

오늘의 체크리스트

• 알고리즘 코드카타 1문제
• SQL 코드카타 1문제
• 유저테스트 정리
• 브로셔 수정
• PickMate 임시 FE 작성
• TIL 작성

회고

 오늘 엄마 생신이셔가지구 많이 못해서 조금 불안한 어른.. 내일 밤샘할 것 같은 이상한 느낌..ㅎ 이제부터 뭐 밤새서라도 해내야지…🥺 일정 너무너무너무너무 빡세다ㅠㅠ 유저테스트 피드백도 반영해야하는데…