비동기 코드란 언어 💬 가 코드의 어느 한 부분에서, 컴퓨터 / 프로그램🤖에게 다른 무언가가 어딘가에서 끝날 때까지 기다려야한다고 말하는 방식입니다. 다른 무언가가 “느린-파일" 📝 이라고 불린다고 가정해봅시다.
따라서 “느린-파일” 📝이 끝날때까지 컴퓨터는 다른 작업을 수행할 수 있습니다.
그 다음 컴퓨터 / 프로그램 🤖 은 다시 기다리고 있기 때문에 기회가 있을 때마다 다시 돌아오거나, 혹은 당시에 수행해야하는 작업들이 완료될 때마다 다시 돌아옵니다. 그리고 그것 🤖 은 기다리고 있던 작업 중 어느 것이 이미 완료되었는지, 그것 🤖 이 해야하는 모든 작업을 수행하면서 확인합니다.
다음으로, 그것 🤖 은 완료할 첫번째 작업에 착수하고(우리의 "느린-파일" 📝 이라고 가정합시다) 그에 대해 수행해야하는 작업을 계속합니다.
"다른 무언가를 기다리는 것"은 일반적으로 비교적 "느린" (프로세서와 RAM 메모리 속도에 비해) I/O 작업을 의미합니다. 예를 들면 다음의 것들을 기다리는 것입니다:
네트워크를 통해 클라이언트로부터 전송되는 데이터
네트워크를 통해 클라이언트가 수신할, 당신의 프로그램으로부터 전송되는 데이터
시스템이 읽고 프로그램에 전달할 디스크 내의 파일 내용
당신의 프로그램이 시스템에 전달하는, 디스크에 작성될 내용
원격 API 작업
완료될 데이터베이스 작업
결과를 반환하는 데이터베이스 쿼리
기타
수행 시간의 대부분이 I/O 작업을 기다리는데에 소요되기 때문에, "I/O에 묶인" 작업이라고 불립니다.
이것은 "비동기"라고 불리는데 컴퓨터 / 프로그램이 작업 결과를 가지고 일을 수행할 수 있도록, 느린 작업에 "동기화"되어 아무것도 하지 않으면서 작업이 완료될 정확한 시점만을 기다릴 필요가 없기 때문입니다.
이 대신에, "비동기" 시스템에서는, 작업은 일단 완료되면, 컴퓨터 / 프로그램이 수행하고 있는 일을 완료하고 이후 다시 돌아와서 그것의 결과를 받아 이를 사용해 작업을 지속할 때까지 잠시 (몇 마이크로초) 대기할 수 있습니다.
"동기"("비동기"의 반대)는 컴퓨터 / 프로그램이 상이한 작업들간 전환을 하기 전에 그것이 대기를 동반하게 될지라도 모든 순서를 따르기 때문에 "순차"라는 용어로도 흔히 불립니다.
당신은 짝사랑 상대 😍 와 패스트푸드 🍔 를 먹으러 갔습니다. 당신은 점원 💁 이 당신 앞에 있는 사람들의 주문을 받을 동안 줄을 서서 기다리고 있습니다.
이제 당신의 순서가 되어서, 당신은 당신과 짝사랑 상대 😍 를 위한 두 개의 고급스러운 버거 🍔 를 주문합니다.
당신이 돈을 냅니다 💸.
점원 💁 은 주방 👨🍳 에 요리를 하라고 전달하고, 따라서 그들은 당신의 버거 🍔 를 준비해야한다는 사실을 알게됩니다(그들이 지금은 당신 앞 고객들의 주문을 준비하고 있을지라도 말입니다).
점원 💁 은 당신의 순서가 적힌 번호표를 줍니다.
기다리는 동안, 당신은 짝사랑 상대 😍 와 함께 테이블을 고르고, 자리에 앉아 오랫동안 (당신이 주문한 버거는 꽤나 고급스럽기 때문에 준비하는데 시간이 조금 걸립니다 ✨🍔✨) 대화를 나눕니다.
짝사랑 상대 😍 와 테이블에 앉아서 버거 🍔 를 기다리는 동안, 그 사람 😍 이 얼마나 멋지고, 사랑스럽고, 똑똑한지 감탄하며 시간을 보냅니다 ✨😍✨.
짝사랑 상대 😍 와 기다리면서 얘기하는 동안, 때때로, 당신은 당신의 차례가 되었는지 보기 위해 카운터의 번호를 확인합니다.
그러다 어느 순간, 당신의 차례가 됩니다. 카운터에 가서, 버거 🍔 를 받고, 테이블로 다시 돌아옵니다.
당신과 짝사랑 상대 😍 는 버거 🍔 를 먹으며 좋은 시간을 보냅니다 ✨.
당신이 이 이야기에서 컴퓨터 / 프로그램 🤖 이라고 상상해보십시오.
줄을 서서 기다리는 동안, 당신은 아무것도 하지 않고 😴 당신의 차례를 기다리며, 어떠한 "생산적인" 일도 하지 않습니다. 하지만 점원 💁 이 (음식을 준비하지는 않고) 주문을 받기만 하기 때문에 줄이 빨리 줄어들어서 괜찮습니다.
그다음, 당신이 차례가 오면, 당신은 실제로 "생산적인" 일 🤓 을 합니다. 당신은 메뉴를 보고, 무엇을 먹을지 결정하고, 짝사랑 상대 😍 의 선택을 묻고, 돈을 내고 💸 , 맞는 카드를 냈는지 확인하고, 비용이 제대로 지불되었는지 확인하고, 주문이 제대로 들어갔는지 확인을 하는 작업 등등을 수행합니다.
하지만 이후에는, 버거 🍔 를 아직 받지 못했음에도, 버거가 준비될 때까지 기다려야 🕙 하기 때문에 점원 💁 과의 작업은 "일시정지" ⏸ 상태입니다.
하지만 번호표를 받고 카운터에서 나와 테이블에 앉으면, 당신은 짝사랑 상대 😍 와 그 "작업" ⏯ 🤓 에 번갈아가며 🔀 집중합니다. 그러면 당신은 다시 짝사랑 상대 😍 에게 작업을 거는 매우 "생산적인" 일 🤓 을 합니다.
점원 💁 이 카운터 화면에 당신의 번호를 표시함으로써 "버거 🍔 가 준비되었습니다"라고 해도, 당신은 즉시 뛰쳐나가지는 않을 것입니다. 당신은 당신의 번호를 갖고있고, 다른 사람들은 그들의 번호를 갖고있기 때문에, 아무도 당신의 버거 🍔 를 훔쳐가지 않는다는 사실을 알기 때문입니다.
그래서 당신은 짝사랑 상대 😍 가 이야기를 끝낼 때까지 기다린 후 (현재 작업 완료 ⏯ / 진행 중인 작업 처리 🤓 ), 정중하게 미소짓고 버거를 가지러 가겠다고 말합니다 ⏸.
그다음 당신은 카운터에 가서 🔀 , 초기 작업을 이제 완료하고 ⏯ , 버거 🍔 를 받고, 감사하다고 말하고 테이블로 가져옵니다. 이로써 카운터와의 상호작용 단계 / 작업이 종료됩니다 ⏹.
이전 작업인 "버거 받기"가 종료되면 ⏹ "버거 먹기"라는 새로운 작업이 생성됩니다 🔀 ⏯.
동시성은 병렬성과 다릅니다. 그리고 그것은 많은 대기를 필요로하는 특정한 시나리오에서는 더 낫습니다. 이로 인해, 웹 응용프로그램 개발에서 동시성이 병렬성보다 일반적으로 훨씬 낫습니다. 하지만 모든 경우에 그런 것은 아닙니다.
따라서, 균형을 맞추기 위해, 다음의 짧은 이야기를 상상해보십시오:
당신은 크고, 더러운 집을 청소해야합니다.
네, 이게 전부입니다.
어디에도 대기 🕙 는 없고, 집안 곳곳에서 해야하는 많은 작업들만 있습니다.
버거 예시처럼 처음에는 거실, 그 다음은 부엌과 같은 식으로 순서를 정할 수도 있으나, 무엇도 기다리지 🕙 않고 계속해서 청소 작업만 수행하기 때문에, 순서는 아무런 영향을 미치지 않습니다.
순서가 있든 없든 동일한 시간이 소요될 것이고(동시성) 동일한 양의 작업을 하게 될 것입니다.
하지만 이 경우에서, 8명의 전(前)-점원/요리사이면서-현(現)-청소부 👩🍳👨🍳👩🍳👨🍳👩🍳👨🍳👩🍳👨🍳 를 고용할 수 있고, 그들 각자(그리고 당신)가 집의 한 부분씩 맡아 청소를 한다면, 당신은 병렬적으로 작업을 수행할 수 있고, 조금의 도움이 있다면, 훨씬 더 빨리 끝낼 수 있습니다.
이 시나리오에서, (당신을 포함한) 각각의 청소부들은 프로세서가 될 것이고, 각자의 역할을 수행합니다.
실행 시간의 대부분이 대기가 아닌 실제 작업에 소요되고, 컴퓨터에서 작업은 CPU에서 이루어지므로, 이러한 문제를 "CPU에 묶였"다고 합니다.
CPU에 묶인 연산에 관한 흔한 예시는 복잡한 수학 처리를 필요로 하는 경우입니다.
예를 들어:
오디오 또는 이미지 처리.
컴퓨터 비전: 하나의 이미지는 수백개의 픽셀로 구성되어있고, 각 픽셀은 3개의 값 / 색을 갖고 있으며, 일반적으로 해당 픽셀들에 대해 동시에 무언가를 계산해야하는 처리.
머신러닝: 일반적으로 많은 "행렬"과 "벡터" 곱셈이 필요합니다. 거대한 스프레드 시트에 수들이 있고 그 수들을 동시에 곱해야 한다고 생각해보십시오.
딥러닝: 머신러닝의 하위영역으로, 동일한 예시가 적용됩니다. 단지 이 경우에는 하나의 스프레드 시트에 곱해야할 수들이 있는 것이 아니라, 거대한 세트의 스프레드 시트들이 있고, 많은 경우에, 이 모델들을 만들고 사용하기 위해 특수한 프로세서를 사용합니다.
최신 파이썬 버전에는 비동기 코드를 정의하는 매우 직관적인 방법이 있습니다. 이는 이것을 평범한 "순차적" 코드로 보이게 하고, 적절한 순간에 당신을 위해 "대기"합니다.
연산이 결과를 전달하기 전에 대기를 해야하고 새로운 파이썬 기능들을 지원한다면, 이렇게 코드를 작성할 수 있습니다:
burgers=awaitget_burgers(2)
여기서 핵심은 await입니다. 이것은 파이썬에게 burgers 결과를 저장하기 이전에 get_burgers(2)의 작업이 완료되기를 🕙 기다리라고 ⏸ 말합니다. 이로 인해, 파이썬은 그동안 (다른 요청을 받는 것과 같은) 다른 작업을 수행해도 된다는 것을 🔀 ⏯ 알게될 것입니다.
await가 동작하기 위해, 이것은 비동기를 지원하는 함수 내부에 있어야 합니다. 이를 위해서 함수를 async def를 사용해 정의하기만 하면 됩니다:
asyncdefget_burgers(number:int):# Do some asynchronous stuff to create the burgersreturnburgers
...def를 사용하는 대신:
# This is not asynchronousdefget_sequential_burgers(number:int):# Do some sequential stuff to create the burgersreturnburgers
async def를 사용하면, 파이썬은 해당 함수 내에서 await 표현에 주의해야한다는 사실과, 해당 함수의 실행을 "일시정지"⏸하고 다시 돌아오기 전까지 다른 작업을 수행🔀할 수 있다는 것을 알게됩니다.
async deff 함수를 호출하고자 할 때, "대기"해야합니다. 따라서, 아래는 동작하지 않습니다.
# This won't work, because get_burgers was defined with: async defburgers=get_burgers(2)
따라서, awaitf를 사용해서 호출할 수 있는 라이브러리를 사용한다면, 다음과 같이 async def를 사용하는 경로 작동 함수를 생성해야 합니다:
경로 작동 함수를 async def 대신 일반적인 def로 선언하는 경우, (서버를 차단하는 것처럼) 그것을 직접 호출하는 대신 대기중인 외부 스레드풀에서 실행됩니다.
만약 상기에 묘사된대로 동작하지 않는 비동기 프로그램을 사용해왔고 약간의 성능 향상 (약 100 나노초)을 위해 def를 사용해서 계산만을 위한 사소한 경로 작동 함수를 정의해왔다면, FastAPI는 이와는 반대라는 것에 주의하십시오. 이러한 경우에, 경로 작동 함수가 블로킹 I/O를 수행하는 코드를 사용하지 않는 한 async def를 사용하는 편이 더 낫습니다.
하지만 두 경우 모두, FastAPI가 당신이 전에 사용하던 프레임워크보다 더 빠를 (최소한 비견될) 확률이 높습니다.
함수 정의시 매개변수로 서로를 필요로하는 다수의 의존성과 하위-의존성을 가질 수 있고, 그 중 일부는 async def로, 다른 일부는 일반적인 def로 생성되었을 수 있습니다. 이것은 여전히 잘 동작하고, 일반적인 def로 생성된 것들은 "대기"되는 대신에 (스레드풀로부터) 외부 스레드에서 호출됩니다.