[TIL 77-3일 차] Java 비동기 처리하기

5. Future와 Callable

5-01. Runnable의 한계와 Callable의 등장

1) Runnable

Java에서 가장 기본적인 작업 단위 인터페이스로, 스레드에서 실행할 코드를 정의할 때 사용

• Runnable 인터페이스 내의 run() 메서드를 통해 작업함

...
Runnable task = () -> {
    System.out.println("작업 실행 중...(" + Thread.currentThread().getName() + ")");
};

Thread thread = new Thread(task);
thread.start();
...

Runnable의 한계

• 반환값 없음
  • 단순히 작업을 실행하는 역할만 할 뿐, 계산 결과를 호출자에게 전달(반환)할 수 없음
• 예외 처리 불가
  • 스레드 내부에서 예외가 발생해도 상위로 전파되지 않음
• 비동기 제어 어려움
  • 작업 완료 시점을 알 수 없음

2) Callable

Runnable의 한계를 보완하기 위해 Java 5부터 도입된 인터페이스

• 반환 값을 가지며, 예외를 던질 수 있다.
• Callable 인터페이스 내의 call() 메서드를 통해 결과를 반환하며, 예외를 명시적으로 던질 수 있음

Callable<String> task = () -> {
    System.out.println("작업 실행 중...(" + Thread.currentThread().getName() + ")");
    return "작업 결과";
}

• 단독으로 실행되지 않으며, ExecutorService를 통해 실행된다.

// 위 task 이용
ExecutorService executor = Executors.newSingleThreadExecutor();

Future<Spring> feture = executor.submit(task); // 작업 제출(submit) 후 Future 객체 반환
System.out.println("결과: " + future.get()); // 결과 조회

executor.shutdown();

Callable을 사용하는 상황

• 비동기 작업의 결과를 받아야 할 때
• 다양한 타입의 결과를 반환해야 할 때
• 예외 발생을 감지하고 처리해야 할 때
• 작업이 완료될 때까지 대기할 필요가 있을 때
• ExecutorService와 함께 Future를 통해 결과를 제어할 때

5-02. Future 인터페이스

Callable이나 Runnable의 비동기(Asynchronous) 작업의 결과를 나중에 조회하거나 제어할 수 있게 해주는 인터페이스

• 즉시 결과를 반환하지 않고,
  • 결과가 준비될 때까지 기다리거나,
  • 필요할 때 get() 메서드로 가져올 수 있음

1) Future 인터페이스의 주요 메서드

Future은 단순히 결과뿐만 아니라, 작업의 상태(진행, 완료, 취소)를 함께 관리함

• get()
  • 작업이 완료될 때까지 블로킹하여 결과 반환
  • 만약 작업이 오래 걸리면 그동안 메인 스레드는 멈춘 상태가 됨
  • 취소된 작업에 호출되면 CancellationException 발생
• get(long timeout, TimeUnit unit)
  • 지정된 시간 동안만 기다린 후 결과가 없으면 TimeoutException 발생
  • 네트워크 호출이나 외부 API 작업처럼 응답 시간이 불확실한 작업에 유용
• cancel(boolean mayInterruptIfRunning)
  • 작업을 취소(중단) 시도
  • mayInterruptIfRunning이 true면 실행 중인 작업에 interrupt를 보냄
• isDone()
  • 작업이 완료되었는지 여부 반환
• isCancelled()
  • 작업이 취소되었는지 여부 반환

5-03. ExecutorService와 Future

ExecutorService는 스레드 풀을 관리하고, Future은 비동기 작업의 결과를 저장

두 객체는 함께 사용되어 비동기 실행 ➡️ 결과 조회 ➡️ 자원 관리의 전체 흐름을 완성

• ExecutorService는 스레드를 직접 생성하지 않고, 내부 스레드 풀에서 관리하기 때문에 자원 낭비를 방지하고, 여러 작업을 효율적으로 처리할 수 있다.

1) submit() 메서드

비동기 작업을 스레드 풀에 제출하고, 즉시 Future 객체를 반환

• 작업이 끝나는 것을 기다리지 않고 바로 Future 객체 반환

ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(2);

Callable<Integer> task = () -> {
    System.out.println("작업 실행 중... (" + Thread.currentThread().getName() + ")");
    Thread.sleep(1000);
    return 100;
};

Future<Integer> future = executor.submit(task);

System.out.println("결과 대기 중...");
Integer result = future.get(); // 블로킹 대기
System.out.println("결과: " + result);

executor.shutdown();

2) invokeAll()과 invokeAny()

invokeAll()

여러 Callable을 한 번에 제출하고, 모든 작업이 끝날 때까지 기다림

• 전체 작업을 병렬로 실행
• 모든 작업이 끝나야 반환되기 때문에 일괄 처리(batch processing)에 유용

invokeAny()

여러 작업 중 가장 빨리 끝난 하나의 결과만 반환하고 나머지 작업은 자동으로 취소됨

• 빠른 응답이 필요한 서비스에 적합

5-04. Future의 한계

1) get() 블로킹 문제

Future의 get() 메서드는 결과가 준비될 때까지 현재 스레드를 멈추게(블로킹) 한다.

이로 인해 비동기 실행의 장점이 반감되는 문제 발생

블로킹의 실질적 문제점

• CPU 낭비
  • 대기 중인 스레드는 아무 일도 하지 않음
• 응답 지연
  • 네트워크, I/O 작업이 지연되면 전체 프로그램 속도 저하
• 확장성 저하
  • 여러 Future를 동시에 처리할 때, 각 스레드가 차례로 대기

2) Callback 메커니즘의 부재

Future는 단순 결과를 보관하는 객체로, 작업 완료 시 자동으로 후속 동작(Callback)을 실행할 수 없음

이로 인해 Future가 비동기임에도 결과적으로 동기적 처리 구조가 되어버림

• 예시 : 대용량 파일 다운로드 후, 자동으로 압축 해제하고, 로그 기록

  String file = future.get(); // 완료될 때까지 대기
  unzip(file);
  writeLog(file);
  

3) 연쇄 작업(Chaining)의 어려움

Future는 반환값을 직접 받아 다음 작업에 넘기는 방식 외에는 연쇄 작업(Chaining) 불가능

• 아래 같은 구조로 동작한다면 훨씬 효율적일 것
  • 비동기 다운로드 ➡️ 비동기 압축 해제 ➡️ 비동기 로그 저장 ➡️ 최종 완료 알림
  • 하지만 Future로는 이런 자동 연결 구조 구현 불가능

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