비동기 (Asynchronous) 처리

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1. 개념

동기(Synchronous) 처리

  • 동기 처리는 작업(Task)을 순차적으로 실행하는 방식
  • 한 작업이 완료될 때까지 다음 작업은 대기함

비동기(Asynchronous) 처리

  • 비동기 처리는 여러 작업들(Tasks)을 동시에 처리할 수 있는 방식
  • 한 작업이 시작되면 그 작업이 끝나기를 기다리지 않고 다음 작업을 시작할 수 있음
  • 비동기 프로그래밍은 일반적으로 이벤트 기반(event-driven)이나 콜백(callback) 기반으로 구현
  • 최근에는 async/await 문법을 활용한 코루틴 기반의 비동기 프로그래밍도 많이 사용

2. 동기(Synchronous) vs 비동기(Asynchronous)

구분동기 처리 (Synchronous)비동기 처리 (Asynchronous)
작업 흐름하나의 작업이 끝날 때까지 다음 작업 대기작업 완료를 기다리지 않고 다음 작업 수행
처리 특성앞선 작업 지연 시 전체 흐름이 차단됨대기 시간 동안 다른 작업 처리 가능
성능 영향처리 시간이 길어질수록 병목 발생I/O 대기 시간을 효율적으로 활용
확장성요청 수 증가 시 확장성 저하I/O 작업이 많거나 동시 요청 처리에 유리
적합한 사용 사례단순 연산, 순차 처리가 중요한 로직WebSocket, 네트워크, DB 등 I/O 중심 작업
실시간 서비스❌ 부적합✅ 필수적인 구조

3. Blocking vs Non-Blocking

비동기 처리를 이해하기 위해서는 Blocking / Non-Blocking 개념을 먼저 구분할 필요가 있음

Blocking

  • 작업이 완료될 때까지 제어권을 반환하지 않음
  • 호출한 쪽은 결과가 나올 때까지 대기 상태에 머무름
  • 하나의 작업 지연이 전체 흐름에 영향을 미침

Non-Blocking

  • 작업을 요청한 후 즉시 제어권을 반환
  • 결과는 나중에 처리됨
  • 대기 시간 동안 다른 작업 수행 가능

Non-Blocking은 “즉시 반환”의 개념이고, 비동기는 “작업 완료를 기다리지 않고 다른 작업을 진행”하는 구조이다.
두 개념은 밀접하지만 동일하지는 않다.

4. Coroutine(코루틴)

coroutine

출처: https://blog.eiler.eu/posts/20210512/

개념

  • Coroutine은 실행을 중단하고 다시 이어서 실행할 수 있는 함수
    • 일반 함수: 호출 -> 끝까지 실행
    • 코루틴: 실행 -> 중단 -> 재개 가능

Coroutine 객체와 async def

  • async def로 정의된 함수는 즉시 실행되지 않음
  • 호출 시 coroutine 객체를 반환
async def fetch_data():
    return "data"

coro = fetch_data()
print(coro)  # <coroutine object ...>

실행 중단과 await

  • await은 코루틴의 실행을 일시 중단
  • 제어권을 호출자(이벤트 루프)에게 반환
  • 이후 다시 이어서 실행 가능
async def fetch_data():
    return "data"

async def main():
    data = await fetch_data()
    print(data)

5. 이벤트 루프(Event Loop) 기반 비동기 처리

파이썬의 비동기 처리는 이벤트 루프(Event Loop) 를 중심으로 동작

이벤트 루프(Event Loop)란?

이벤트 루프는 비동기 프로그램에서 실행 가능한 작업들을 관리하고 스케줄링하는 중앙 제어 구조

  • 실행 가능한 coroutine을 선택하여 실행한다
  • 코-루틴이 await 지점에 도달하면 실행을 중단하고 제어권을 회수한다
  • 대기 중인 작업의 완료를 감지하면, 해당 coroutine을 다시 실행 큐에 등록한다
  • 이러한 과정을 반복하며 여러 비동기 작업을 효율적으로 교차 실행한다

이벤트 루프는 다음과 같은 역할을 수행한다.

  • coroutine 실행 및 중단
  • I/O 작업 완료 감지
  • 다음 실행 가능한 작업 선택

이벤트 루프(Event Loop)의 실행 흐름

  • 비동기 함수 호출 → coroutine 객체 생성
  • 이벤트 루프에 등록
  • 실행 중 await 만나면 일시 중단
  • 다른 coroutine 실행
  • 대기 작업 완료 시 다시 재개

6. 파이썬 asyncio 기반 비동기 처리 구현

  • asyncio는 파이썬에서 이벤트 루프 기반 비동기 프로그래밍을 지원하는 표준 라이브러리.
  • asyncio는 다음과 같은 핵심 요소들을 제공한다.
    • 이벤트 루프(Event Loop)
    • 코루틴(Coroutine) 실행 및 관리
    • 비동기 I/O 유틸리티
    • 여러 비동기 작업의 병행 실행 도구

이벤트 루프 실행 진입점 asyncio.run()

  • asyncio.run()은 비동기 프로그램의 진입점(entry point) 역할
    • 이벤트 루프를 생성하고 실행
    • 전달된 최상위 coroutine을 실행
    • 실행 완료 후 이벤트 루프를 정리하고 종료
import asyncio

async def main():
    print("start")
    await asyncio.sleep(1)
    print("end")

asyncio.run(main())

비동기 대기 asyncio.sleep

  • asyncio.sleep()은 비동기 환경에서의 대기 함수
  • time.sleep()과 달리 이벤트 루프를 블로킹하지 않음
  • 대기 중 제어권을 이벤트 루프에 반환
async def task():
    await asyncio.sleep(2)
    print("done")

여러 비동기 작업 병행 실행 asyncio.gather

  • asyncio.gather()는 여러 coroutine을 동시에 실행하고, 모든 작업이 완료될 때까지 대기함
async def task(name):
    await asyncio.sleep(1)
    print(f"{name} done")

async def main():
    await asyncio.gather(
        task("A"),
        task("B"),
        task("C")
    )

asyncio.run(main())

7. 정리

  • 비동기 처리는 작업의 완료를 기다리지 않고 다음 작업을 진행할 수 있는 실행 구조
  • 파이썬의 비동기 모델은 코루틴(Coroutine) 과 이벤트 루프(Event Loop) 를 중심으로 동작
  • async def로 정의된 비동기 함수는 호출 즉시 실행되지 않고 coroutine 객체를 반환
  • 실제 실행과 스케줄링은 이벤트 루프가 담당
  • 실행 흐름은 await 지점에서만 일시 중단되며, 이때 다른 비동기 작업으로 전환됨
  • 이러한 구조는 네트워크, 데이터베이스, WebSocket과 같은 I/O 중심 작업에 특히 적합
  • async, await, asyncio는 파이썬에서 비동기 처리를 구현하기 위한 핵심 구문

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