Golang 로드맵 따라가기 #1 - 고루틴

7 March 2021

Golang 로드맵

golang-developer-roadmap에서 제시하는 로드맵을 따라가며 취향에 따라 주제를 선택하여 “Golang 로드맵 따라가기” 시리즈로 정리해 보고자 합니다.

roadmap [출처] : https://github.com/Alikhll/golang-developer-roadmap

기본 문법이나 튜토리얼은 워낙 잘 적어놓은 글들이 많으므로 개인적으로 도움이 됐던 사이트들을 소개하고 넘어가려고 합니다. (더 잘 적을 자신이 없어서..)

Golang tutorial series
- 로드맵에서 소개하고 있는 튜토리얼 사이트 입니다.
  주제별로 깔끔하게 잘 정리 되어 있습니다.
The Ultimate Go Study Guide
- 코드를 단계별로 부분적으로 설명하고 있어서, 처음 보실 때는 조금 헷갈리실 수 있습니다.
  전체 코드를 https://github.com/hoanhan101/ultimate-go에서 먼저 확인하고 해당 주제에 대해 읽어보시길 권장드립니다.
https://github.com/Sungchul-P/go-learning/tree/main/ultimate-go
- 하나씩 코드를 실행하면서 진행하고 싶으신 분은 제가 포크하여 재정리한 레포지터리를 참고하셔도 좋을 것 같습니다.

위 내용 중 잘 이해가 가지 않는 부분에 대해서는 여러 자료를 참고하여 재정리할 예정입니다.
이번 글에서는 고 언어(Golang)의 특별한 개념 중 하나인 고루틴(Goroutine)에 대해서 정리해 보겠습니다.

동시성 및 병렬성 (Concurrency vs Parallelism)

고루틴을 사용하기에 앞서 동시성과 병렬성의 차이를 구분할 필요가 있습니다.

동시성(Concurrency)은 시간 분할과 같은 스케쥴링을 사용하여 동일한 코어에서 여러 작업을 번갈아 가면서 (사용자는 거의 동시로 느낄 정도) 실행하는 것을 의미하고,

병렬성(Parallelism)은 서로 다른 코어에서 여러 작업을 동일한 시간에 실행하는 것을 의미합니다.

웹 브라우저에서의 웹 페이지 렌더링과 파일 다운로드 작업을 예로 둘의 차이를 비교해보겠습니다.

브라우저가 싱글 코어 프로세서에서 실행된다면 두 작업간에 문맥 교환(Context Switch)을 수행하게 됩니다. 즉, 잠시 동안 파일을 다운로드 한 다음 사용자가 요청한 웹 페이지를 렌더링하도록 작업이 전환됩니다. 이를 동시성(Concurrency) 이라고 합니다.

동일한 브라우저가 멀티 코어 프로세서에서 실행된다면 다운로드 작업과 렌더링 작업이 동시에 실행될 수 있습니다. 이를 병렬성(Parallelism)이라고 합니다.

Concurrency vs Parallelism

병렬 처리가 실행 시간이 빠를 것으로 보이지만 항상 그렇지는 않습니다. 브라우저의 경우, 다운로드가 완료되면 사용자에게 팝업을 띄우기 위해 렌더링 작업과 통신을 해야 하는데 이 때 병렬로 실행되는 경우 오버헤드가 높아서 동시성 처리보다 느려질 수 있습니다.

고루틴(Goroutine)

고루틴이란, 스케줄링 되어야 하는 실행의 경로(path of execution)입니다. Go에서는 모든 함수와 메소드는 고루틴으로 생성 될 수 있으며 특정 코어, 특정 OS 스레드에 의해 독립적 실행이 되도록 스케줄링이 가능합니다. 고루틴은 경량 스레드로 생각할 수 있으며, 스레드와 비교했을 때 생성 비용이 적습니다. 따라서 Go 애플리케이션은 수 천개의 고루틴을 동시에 실행하는 것이 일반적입니다.

고루틴 사용 예제 코드를 통해 고루틴의 동작 방식을 확인해 보겠습니다.

우선, 런타임 패키지의 환경변수를 사용하여 논리 프로세서 할당 수를 지정할 수 있습니다. (고루틴의 동작을 체크하기 위해 프로세서 수를 제한했습니다.) Go에는 동시성을 관리하는 데 사용되는 sync.WaitGroup이 있으며 제로값 상태로 사용할 수 있는 매우 특별한 타입입니다.

n개의 고루틴은 WaitGroup의 Add, Done, Wait 메서드를 동시에 호출할 수 있고 모두 직렬화 되어 있습니다.

대략적인 고루틴 제어 흐름 : 메인 고루틴 -> 고루틴 생성(wg.Add()) -> 호출(go func()) -> 대기(wg.Wait()) -> 고루틴 종료(wg.Done())

package main

import (
	"fmt"
	"runtime"
	"sync"
)

func init() {
	runtime.GOMAXPROCS(1)
}

func main() {
	var wg sync.WaitGroup // 동시성 관리
	wg.Add(2) // 2개의 고루틴 생성

	fmt.Println("Create Goroutines")

	go func() {
		printPrime("A")
		wg.Done()
	}()

	go func() {
		printPrime("B")
		wg.Done()
	}()

	fmt.Println("Waiting To Finish")
	wg.Wait()

	fmt.Println("Terminating Program")
}

// 프로그램을 실행하면 특정 소수에서 문맥교환(Context Switching)이 일어나는 것을 볼 수 있습니다.
// 하지만 문맥교환이 언제 일어날 지는 예측할 수 없기에 Go의 스케줄러가 협력 스케줄러임에도
// 불구하고 선점 스케줄러처럼 보인다고 말하는 이유입니다.
func printPrime(prefix string) {
next:
	for outer := 2; outer < 5000; outer++ {
		for inner := 2; inner < outer; inner++ {
			if outer%inner == 0 {
				continue next
			}
		}

		fmt.Printf("%s:%d\n", prefix, outer)
	}

	fmt.Println("Completed", prefix)
}

실행결과에서 고루틴 A와 고루틴 B의 문맥 교환(Context Switching)이 여러번 일어난 것을 확인할 수 있습니다.

Create Goroutines
Waiting To Finish
B:2
B:3
...
B:3061
B:3067
A:2
A:3
...
A:2803
A:2819
B:3079
B:3083
...
B:3559
B:3571
A:2833
A:2837
...
A:4993
A:4999
Completed A
B:3581
B:3583
...
B:4999
Completed B
Terminating Program

순서 (Sequence)

싱글 스레드에서 동작하기에 순간에 1개의 고루틴만 실행할 수 있는 점을 기억해야 합니다. 여러개의 고루틴이 있는 경우, 실행 순서는 알 수 없습니다.

Wait을 하지 않으면 어떻게 될까?
- Go 스케줄러가 프로그램 종료를 막고 새로운 고루틴을 만들어 작업을 할당하기 전에 프로그램이 종료되는 일종의 경쟁으로 보인다.
  기다리지 않기 때문에 고루틴은 실행할 기회가 전혀 없게 됩니다.(메인 고루틴이 종료되어 버림)
Done을 호출하지 않으면 어떻게 될까?
- 교착상태(Deadlock)가 발생합니다.
  Go의 특별한 부분이며, 런타임에서 고루틴이 존재하지만 더 이상 진행할 수 없을 때 패닉(panic)상태가 됩니다.

Golang 로드맵 따라가기 #1 - 고루틴