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'Rust' async/await 동작 원리 심층 분석

wgdocu3 2025. 6. 3. 20:26

목차

    Rust의 async/await는 비동기 프로그래밍을 효율적으로 처리하기 위한 강력한 도구입니다. 이 글에서는 Rust async/await의 동작 원리를 깊이 있게 분석하고, Future, Executor, Reactor, Waker 등 핵심 요소들을 살펴봅니다. 이를 통해 Rust 비동기 프로그래밍의 내부 작동 방식을 이해하고, 더욱 효율적인 코드를 작성하는 데 도움을 드립니다.

    Async/Await 소개

    Rust의 async/await는 비동기 프로그래밍을 더욱 쉽고 직관적으로 만들어주는 핵심 기능입니다. 기존의 콜백 기반 비동기 프로그래밍 방식의 복잡성을 해결하고, 동기 코드와 유사한 스타일로 비동기 코드를 작성할 수 있게 합니다. async 키워드를 사용하여 비동기 함수를 정의하고, await 키워드를 사용하여 비동기 작업의 완료를 기다립니다. 이는 코드를 읽고 이해하기 쉽게 만들 뿐만 아니라, 오류 발생 가능성을 줄이는 데에도 기여합니다.

    Future Trait 이해

    Future 트레잇은 Rust 비동기 프로그래밍의 핵심 인터페이스입니다. Future는 아직 완료되지 않은 비동기 연산의 결과를 나타내며, poll 메서드를 통해 연산의 진행 상황을 확인할 수 있습니다. poll 메서드는 Poll::Pending 또는 Poll::Ready(result)를 반환합니다. Poll::Pending은 연산이 아직 완료되지 않았음을 나타내고, Poll::Ready(result)는 연산이 완료되었으며 결과를 반환함을 나타냅니다. Future 트레잇은 비동기 연산의 상태를 관리하고, 연산이 완료될 때까지 대기하는 데 사용됩니다.

    Executor의 역할

    Executor는 Future를 실행하는 역할을 담당합니다. Executor는 Future를 poll하고, Future가 완료될 때까지 필요한 자원을 할당하고 관리합니다. Rust 표준 라이브러리에는 기본 Executor가 포함되어 있지 않으며, 일반적으로 Tokio, async-std와 같은 비동기 런타임이 Executor를 제공합니다. Executor는 Future를 공정하게 스케줄링하고, 여러 Future를 동시에 실행하여 전체 시스템의 처리량을 향상시키는 데 중요한 역할을 합니다.

    Reactor와 이벤트 루프

    Reactor는 운영체제의 이벤트 알림 메커니즘을 사용하여 I/O 이벤트를 감지하고 처리하는 역할을 합니다. Reactor는 파일 디스크립터, 소켓 등의 리소스에 대한 이벤트 (읽기 가능, 쓰기 가능 등)를 감시하고, 이벤트가 발생하면 해당 이벤트에 연결된 콜백 함수를 실행합니다. 이는 블로킹 I/O를 사용하는 대신, 이벤트 기반의 비동기 I/O를 가능하게 합니다. Reactor는 이벤트 루프를 통해 지속적으로 이벤트를 감시하고 처리하며, 비동기 프로그래밍의 핵심 구성 요소 중 하나입니다.

    Waker의 중요성

    Waker는 Future가 현재 진행될 수 없음을 Executor에게 알리는 데 사용되는 메커니즘입니다. Future가 poll될 때, Poll::Pending을 반환하면, Waker를 사용하여 나중에 다시 깨워야 함을 알립니다. Waker는 특정 Future에 대한 알림 채널 역할을 하며, Future가 대기하고 있는 이벤트 (예: 데이터 도착)가 발생하면 Waker를 통해 해당 Future를 다시 실행하도록 스케줄링합니다. Waker는 비동기 작업 간의 효율적인 통신을 가능하게 하고, 불필요한 폴링을 줄여 시스템 자원을 절약하는 데 중요한 역할을 합니다.

    Async/Await 동작 예시

    다음은 간단한 async/await 코드 예시입니다. 이 코드는 비동기적으로 네트워크에서 데이터를 읽고, 결과를 반환합니다. 

    
use tokio::net::TcpStream;
use tokio::io::{AsyncReadExt, AsyncWriteExt};

async fn handle_connection(mut stream: TcpStream) -> Result<(), Box<dyn std::error::Error>> {
    let mut buffer = [0; 1024];
    let n = stream.read(&mut buffer).await?;

    println!("받은 데이터: {:?}", &buffer[..n]);

    stream.write_all(&buffer[..n]).await?;
    Ok(())
}

#[tokio::main]
async fn main() -> Result<(), Box<dyn std::error::Error>> {
    let listener = tokio::net::TcpListener::bind("127.0.0.1:8080").await?;

    loop {
        let (stream, _) = listener.accept().await?;
        tokio::spawn(async move {
            if let Err(e) = handle_connection(stream).await {
                eprintln!("에러 발생: {}", e);
            }
        });
    }
}

    이 예시에서는 tokio 런타임을 사용하여 비동기 네트워크 연결을 처리합니다. handle_connection 함수는 async로 정의되어 있으며, await 키워드를 사용하여 비동기 read 및 write 연산의 완료를 기다립니다. tokio::spawn을 사용하여 각 연결을 별도의 비동기 태스크로 실행하여 동시에 여러 연결을 처리할 수 있습니다.