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객체 지향과
디자인 패턴

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Why Reactive? 책 요약(책은 여기에서 다운로드 가능)


1장. 소개


시스템은 다음과 같아야 함

  • 사용자에게 응답해야 함
  • 실패를 다루고 사용불능 상태에서도 동작해야 함
  • 다양한 부하 상황에서 견뎌야 함
  • 다양한 네트워크 상황에서 메시지를 보내고, 받고, 전달할 수 있어야 함
이를 위해 다음 필요
  • 하드웨어 자원 활용 제어 -> 응답성
  • 구성 요소를 분리 -> 독립적인 확장
  • 시스템 간 비동기 통신 ->  복원력, 탄력성(resilience)
리액티브 시스템의 이점이 여기에 있음. 

왜 지금인가?

다음 몇 가지 움직임이 리액티브 프로그래밍이 뜨는데 일조함
  • IoT와 모바일 : 서버가 동시에 수 백만의 연결된 장치를 처리해야 함 -> 병행과 분산 어플리케이션에 대한 요구가 급격히 증가
  • 클라우드, 컨테이너 : 경량의 가상화와 컨테이너 기술로 세밀한 범위로 더 빠르게 배포 가능 -> 더 편하게 할 수 있는 도구
과거부터 존재한 개념이 요즘 뜨는 이유
  1. 더 나은 자원 활용과 확정성에 대한 필요성 증가. 이를 위한 도구가 사용 가능해짐
  2. 모든 구현체가 상호운영할 수 있는 표준으로 특정 구현체에 얽매이는 위험 감소

2장. 어플리케이션 수준에서의 리액티브


리액티브와 비동기
  • 리액티브 프로그래밍에 있어 핵심 요소 중 하나는 태스크를 비동기로 실행할 수 있는 것
  • 리액티브 라이브러리, 구현의 공통 테마는 어떤 종류의 쓰레드 풀에 기반한 이벤트 루프나 공유 디스패처 인프라를 사용하는 것. 저렴한 구성 요소 간에 비싼 자원(thread)을 공유함으로써 단일 어플리케이션을 멀티 코어로 확장할 수 있음
  • 이런 멀티플렉싱 기술은 단일 장비로 백 만 엔티티를 다룰 수 있게 함
    • 쓰레드를 직접 사용하면, 사용자 당 액터를 만들 수 없고, 너무 무거워서 빨리 할 수 없고, 또한 쓰레드를 직접 다루는 게 간단하지 않으며, 프로그램이 다른 쓰레드 간 데이터 동기화 코드로 빠르게 지배당함
  • 비동기에서 주의할 점은 블로킹임. 파일, 네트워크 IO와 같은 블로킹 연산은 CPU 자원을 사용하지 않는데, 쓰레드가 블로킹되면서 다른 액터(또는 작업)을 실행하지 못하게 됨
    • 블로킹을 별도 쓰레드 풀로 분리해서 실행 -> 메인 이벤트 루프나 디스패처를 블록하면 안 됨
USL(Universal Scalability Law)
  • 통신 비용, 데이터 동기화 비용까지 고려
  • 적정 지점 이상으로 시스템 자원을 사용하게 밀어 붙이면, 더 이상 속도가 빨리지 않을 뿐 아니라, 전체 처리량에 부정적인 영향을 줌(백그라우드에서 일어나는 모든 종류의 조정 때문에 발생, 예 네트워크나 메모리 포화로 이런 조정 발생 가능)
  • 다양한 자원에 대한 경쟁이 발생할 수 있고, 과사용 문제는 CPU부터 네트워크까지 적용
역압(backpressure)
  • 최적 사용 상태 유지를 위한 역압 사용
    • 동기 API는 블록 연산으로 절로 역압이 된다
    • 비동기 API는 최대 성능을 낼 수 있는데, 이는 느린 하류 스트림이나 다른 어플리케이션을 압도할 수 있음
    • 리액티브 스트림 스펙은 스트림 라이브러리 사용자에게 투명하게 역압을 적용할 수 있도록 요구
    • 비동기 + 역압 -> 시스템의 한계까지 push할 수 있으나, 한계를 넘지는 않게 할 수 있음
  • 스트리밍 API와 제한된 메모리
    • 스트리밍의 두 면 : 소비 API, 생성 API
    • 스트리밍 API와 메모리에 제한된 처리 : 필요 이상 데이터를 메모리에 적재하지 않게 해 줌 -> 이는 용량 설계에 유용한 속성
    • 하류가 느릴 때 버퍼를 두어 하류에서 데이터를 처리할 수 있게 함
    • 무한정 버퍼에 담을 수 없으므로 제한된 크기의 버퍼 사용
    • 버퍼에 적재된 메시지의 비율로 지표 측정 가능(클라이언트가 얼마나 느린지, 서비스 레벨, 노드 활용 등)
    • 큐 버퍼를 모니터링해서 이벤트 발생 가능(예, 다 차면 클라이언트를 끊거나 오래된 메시지 삭제)

3장, 시스템 수준에서의 리액티브


분산 시스템과 메시징
  • 요청-응답 API의 문제 : 개발자가 할 수 있는 것을 제한
    • 예, HTTP는 이벤트 스트림을 받으려면 일부 hack이 필요, HTTP로 Job을 제출하고 제출 완료를 polling해야 함
  • 메시지 기반 시스템(akka 등)을 사용하면 어렵지 않게 할 수 있음
    • 예, Job 제출 세미지를 fire-and-forget으로 보내고 진행 상태를 메시지로 받으면 됨
    • 메시지를 받을 수 있는 addressable 엔티티만 있으면 됨
    • 요점: 매우 작음. 다른 시스템과 리액티브하게 상호작용하기 위한 비용 작음 (연결된 커넥션 X, 라운드 트림 X, 폴링 X)
    • HTTP로 메시징 같은 API를 설계 하려면 많은 고민(블로킹, 웹소켓, 폴링, SSE 선택) 필요하고 확장성도 떨어짐
부하에 살아남고 요금 아끼기
  • 최근 추세 : 컨테이너, 클러스터 오케스트레이션 -> 유연함(elastic)이 중요해짐
    • 스케일 up/out 만큼 scale down도 중요
    • 부하에 맞게 확장/축소해서 적정 비용 유지
    • 사전(proactively) 확정 : 언제 확장할지 결정할 수 있는 기술
    • 리액티브 서비스는 서비스 확장을 위한 성공 요인
탄력성(resilience)이 없으면 다른 것은 아무것도 아님
  • 리액티브의 여러 특징(성능, 확장성, 메시징 패턴 등) 중 가장 중요한 것은 탄력성
  • 시스템에 문제가 있을 때 완전히 불능 상태가 되면 제 아무리 빠르고 확장 가능한 시스템도 의미 없음
  • 공통의 비싼 자원에 접근하면, 그 자원이 단일 실패 지점이 될 수 있음
  • 리액티브 시스템은 "own your own data" 패턴을 따른다. 시스템이 주변에 대한 상태를 내부에 보관한다면 외부 정지 상황에서 살아남을 수 있음
4장, 리액티브 시스템의 빌딩 블록

  • 모든 것이 비동기인 경우는 흔치 않으므로, 점진적으로 리액티브 아키텍처로 넘어가기 위한 생산적인 방법 필요(예, Strangler Pattern: 점진적으로 블로킹/동기 앱을 비동기 앱으로 교체하는 패턴)
  • 리액티브로 넘어가기 전에 리액티브에 대해 고민하고 원칙을 이해하는 것이 중요 (단순히 기술만 추종하면 안 됨. 애자일에 대한 이해없이 애자일을 도입하고선 뭔가 잘 안 될 때 애자일을 탓하는 것과 동일한 상황이 발생할 수 있음)


Posted by 최범균 madvirus

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"A Journey into Reactive Streams" 글 요약(원문은 여기 참고, 번역글은 여기 참고)


스트림

  • 스트림은 시간이 지남에 따라 생성되는 일련의 요소들
  • 시작과 끝이 없을 수 있음
스트림과 배열의 차이
  • 스트림 처리 시스템에서 모든 스트림 요소를 접근할 수는 없음
  • 요소가 다른 속도로 발생할 뿐만 아니라 모든 요소를 처리할 거라 보장할 수 없음
  • 스트림이 아직 존재하지 않을 수도 있고, 끝 개념이 없음

리액티브 스트림


리액티브 스트림 목표

  • 비즈니스 개발자가 스트림 처리를 위한 저수준 작업에 신경쓰지 않도록 추상화 수준을 높이는 것
스트림 처리 영역의 도전 과제를 해결하기 위해
  1. 무한 버퍼 없이, 소비 비율에 따라 리액티브(push)와 인터랙티브(pull) 모델을 자동 전환
  2. 라이브러리, 시스템, 네트워크, 프로세스 간 상호운영
비동기성
  • 컴퓨팅 자원을 병렬 사용하기 위해 필요 (동기 블로킹 호출 -> 자원 활용의 악!)
  • 비동기 경계 개념이 스펙 핵심에 위치
    • 비동기 경계 -> 시스템 컴포넌트 결합 제거, 시간에 대한 결합 제거
역압(back pressure)
  • 스트림 발생과 구독자 간의 발생/처리 속도 차 발생
    • 스트림 참영자가 흐름 제어에 참여해서 꾸준하게 운영 상태를 유지하고 매끄럽게 저하시킬 수 있게 함으로써 탄력성을 제공한다.
  • 데이터 양방향 흐름 제어
    • 구독자가 퍼블리셔에 demand 신호
    • 퍼블리셔는 안전하게 요청한 개수의 요소 제공
    • demand는 비동기로 요청 -> 자원 낭비 제거
    • demand는 그 다음 상류까지 전파: 전체 흐름에서 역압은 과부하에서 응답할 수 있는 기회를 줌
  • 리액티브 시스템은 사실상 push 기반
    • 구독이 느리고 퍼블리셔가 빠르면 pull처럼 동작
    • demand(1) = pull
  • 주요 가치 : 모든 호환 라이브러리 간 탄력성


Posted by 최범균 madvirus

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What is Reactive Programming? 글 요약 (원문은 여기 참고)


원문 제목은 리액티브 프로그래밍이나 실제 내용은 리액티브 시스템에 대한 내용을 담고 있음.


개발자가 직면한 것

  • 1) H/W 발전, 2) 인터넷(엄청난 트래픽!)
  • SW의 중요성, 기대 수준, 규모

문제 상황(grey sky)을 대비하지 않으면, 매우 높은 대가를 치를 수 있다.


리액티브 시스템으로 이런 문제를 해결


리액티브 시스템 4가지 원칙


[출처: https://www.reactivemanifesto.org/]

  • 응답성(Responsive) : 사용자에게 일관된 긍정적인 경험을 제공하기 위해 상황에 상관없이 모든 사용자에게 빠르게 응답
  • 유연성(Elastic) : 다양한 부하 상황에서 응답
  • 탄력성(Resilient) : 실패 상황에서 응답
  • 메시지 구동(Message Driven) : 시간, 공간에 대한 커플링 제거(비동기 경계)

탄력성

  • 오늘날 어플리케이션은 다양한 상황에서 응답성을 유지하기 위해 회복 탄력성을 가져야 한다.
  • 성능, 내구성, 보안 등 모든 측면이 탄력성 필요
메시지 구동에 기반한 탄력성

메시지 구동 아키텍처로 얻을 수 있는 것: 견고한 에러 처리와 내고장성
  • 격리 : 시스템이 자가 회복하기 위해 필요. 격리된 컴포넌트의 실패는 전체 시스템의 응답성에 영향을 주지 않음. 실패한 컴포넌트 또한 회복할 기회를 가짐
  • 위치 투명성 : 같은 VM의 프로세스처럼 다른 노드의 다른 프로세스와 상호작용할 수 있다.
  • 전용 에러 채널 : 호출한 곳에 에러를 던지는 것 외에 다른 어딘가로 에러 신호를 리다이렉트하는 것을 허용
유연성 또는 확장성
  • 다양항 부하 상황에서 응답할 수 있도록 시스템을 쉽게 확대/축소할 수 있어야 함
  • 패러다임 먼저
    • 병행 처리에서 쓰레드 기반은 한계를 가짐
      • 공유 가변 상태, 요청 당 쓰레드, 변이 상태 동시 접근 : 성능, 확장 임계점에 빠르게 도달
      • 쓰레드 안정성을 위한 복잡함,어려움 증가

메시지 구동 2가지 : 이벤트 방식과 액터 기반


이벤트 방식

  • 0개 이상 옵저버가 모니터링하는 이벤트에 기반
  • 호출자가 옵저버 응답을 기다리지 않음
  • 이벤트는 특정 수신자(줏소)를 직접 지정하지 않음
액터 기반
  • 메시지 전달 아키텍처 확장
  • 메시지를 전달할 수취인 지정
  • 메시지를 쓰레드 경계 간에 또는 다른 서버 액터에 전달 가능

액터 장점

  • 네트워크 경계를 넘어 연산 확장 쉬움
  • 액터에 메시지를 직접 보내서 콜백지옥 없어짐(액터 간 메시지 흐름만 생각하면 됨)
  • 컴포넌트 간 결합도 낮춤


Posted by 최범균 madvirus

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리액티브 관련 자주 나오는 용어 정리


동기, 비동기


 용어

동기(synchronous)

비동기(asynchronous)

 설명

한 프로세스(쓰레드)가 작업을 순차 실행

다른 프로세스(쓰레드)로 작업을 실행

 비고

작업 완료 여부를 호출하는 곳에서 처리

작업 완료 여부를 호출된 곳에서 처리 

동시에 실행할 수도 있고 지금이 아닌 미래 시점에 실행할 수도 있음


블록, 논블록


 용어

블록(block)

논블록(non-block)

 설명

작업 실행이 끝날 때가지 쓰레드가 다른 작업을 하지 못하고 대기

작업 완료를 기다리지 않고 진행

 비고

호출된 곳에서 작업 완료 후 리턴

호출된 곳에서 바로 리턴


병행, 병렬


 용어

병행(concurrency)

병렬(parallelism)

설명

주어진 시점에 두 개 이상의 작업 진행

주어진 시점에 두 개 이상의 작업이 동시 발생

  • 병렬 처리를 위한 서로 다른 처리 장치(CPU) 필요 (병행처리는 필수 아님)
  • 병렬은 병행을 내포

비고

모듈화, 응답성, 유지보수성 중요

(프로그램 속성)


주요 관심

  • 언제 실행 시작
  • 정보 교환 방식
  • 공유 자원 관리

효율이 주요 관심

(머신 속성)


주요 관심

더 빨리 계산하기 위해

- 큰 문제를 작은 문제로 나누는 방법 고민

- 병렬 HW 사용 최적화

 




Posted by 최범균 madvirus

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"5 Things to Know About Reactive Programming" 글 요약(원문은 여기 참고)


1. 리액티브 프로그래밍은 비동기 데이터 스트림을 이용한 프로그래밍

  • 리액티브 프로그래밍 사용시, 데이터 스트림이 어플리케이션의 뼈대가 됨
  • 이벤트, 메시지, 호출, 실패를 데이터 스트림으로 전달
  • 이 스트림을 Observe(Subscrive)하고, 값을 발생(emit)할 때 반응
  • 모든 것이 스트림: 클릭 이벤트, HTTP 요청, 유입 메시지, 변수 변경, 세선 값 등 바뀌거나 발생할 수 있는 모든 것 (이는 본질적으로 비동기와 관련)
2. 콜드(Cold) vs 핫(Hot)
  • 콜드 스트림 : 누군가 Observe를 시작할 때까지 아무것도 안 함. 스트림이 소비될 때 동작하기 시작. 여러 subscriber가 공유하지 않음. 예) 파일 다운로드
  • 핫 스트림 : 소비 전에 활성. 개별 subscriber에 독립적으로 데이터 생성. 구독하기 시작한 이후의 데이터 수신. 예) 실시간 주식 주가, 센서 데이터
3. 비동기 오용 주의
  • 비동기는 리액티브 프로그래밍에서 중요한 단어
  • 중요한 세 가지 : 부수 효과, 쓰레드, 블록
    • 부수 효과 : 불필요한 부수 효과를 피할 것. 부수 효과 없는 함수 -> 쓰레드 안정성
    • 쓰레드 : 너무 많은 쓰레드 사용을 피할 것. 다중 쓰레드는 동기화 문제 위험
    • 블록 : 쓰레드를 소유하지 않으므로 쓰레드를 절대 블록하지 말 것
4. 단순
  • 다른 개발자가 읽을 코드임을 잊지 말 것
5. 리액티브 프로그래밍 != 리액티브 시스템


Posted by 최범균 madvirus

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