Java/Spring

Asynchronous Methods 만들기

체리필터 2021. 1. 14. 12:29
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본 내용은 spring.io/guides/gs/async-method/ 를 참고하여 작성한다.

CompletableFuture가 어떻게 동작하는지 확인한다.

코드가 동작하는 시나리오는 https://api.github.com/users/{user} API를 호출하여 그 결과를 보여주는 것이다.

동시에 3개의 API를 호출하게 될 경우 sync로 받게 될 경우 1개의 API 당 1초가 걸리게 될 경우 3초 + Alpha의 시간이 걸릴 것인데 결과는 어떻게 나오게 될지 확인해 본다.

먼저 값을 담아 올 User 객체를 만든다. 참고로 Api Response는 다음과 같다.

{
"login": "pivotalsoftware",
"id": 4247270,
"node_id": "MDEyOk9yZ2FuaXphdGlvbjQyNDcyNzA=",
"avatar_url": "https://avatars0.githubusercontent.com/u/4247270?v=4",
"gravatar_id": "",
"url": "https://api.github.com/users/pivotalsoftware",
"html_url": "https://github.com/pivotalsoftware",
"followers_url": "https://api.github.com/users/pivotalsoftware/followers",
"following_url": "https://api.github.com/users/pivotalsoftware/following{/other_user}",
"gists_url": "https://api.github.com/users/pivotalsoftware/gists{/gist_id}",
"starred_url": "https://api.github.com/users/pivotalsoftware/starred{/owner}{/repo}",
"subscriptions_url": "https://api.github.com/users/pivotalsoftware/subscriptions",
"organizations_url": "https://api.github.com/users/pivotalsoftware/orgs",
"repos_url": "https://api.github.com/users/pivotalsoftware/repos",
"events_url": "https://api.github.com/users/pivotalsoftware/events{/privacy}",
"received_events_url": "https://api.github.com/users/pivotalsoftware/received_events",
"type": "Organization",
"site_admin": false,
"name": "Pivotal Software, Inc.",
"company": null,
"blog": "http://pivotal.io",
"location": null,
"email": null,
"hireable": null,
"bio": null,
"twitter_username": null,
"public_repos": 35,
"public_gists": 0,
"followers": 0,
"following": 0,
"created_at": "2013-04-24T16:14:01Z",
"updated_at": "2019-06-04T23:42:37Z"
}

이 중에서 name 값과 blog 값만 Java POJO 객체에 담을 수 있도록 한다.

@Getter
@Setter
@JsonIgnoreProperties(ignoreUnknown = true)
public class User {
    private String name;
    private String blog;

    @Override
    public String toString() {
        return "User [name=" + name + ", blog=" + blog + "]";
    }
}

실제로 API 통신을 해서 가져올 Service를 만든다.

@Service
@Slf4j
public class GitHubLookupService {
    private final RestTemplate restTemplate;

    public GitHubLookupService(RestTemplateBuilder restTemplateBuilder) {
        this.restTemplate = restTemplateBuilder.build();
    }

    @Async
    public CompletableFuture<User> findUser(String user) throws InterruptedException {
        log.debug("Looking up : " + user);
        String url = String.format("https://api.github.com/users/%s", user);
        User results = restTemplate.getForObject(url, User.class);

        // Artificial delay of 1s for demonstration purposes
        Thread.sleep(1000L);
        return CompletableFuture.completedFuture(results);
    }
}

findUser Method는 @Async annotation을 사용했으며 User 객체가 아닌 CompletableFuture로 감싼 User 객체를 리턴한다.

이렇게 될 경우 API 응답이 느리게 오더라도 먼저 return 하게 되고 실제 값이 리턴될 경우 다시 한번 값을 받게 된다.

 

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Async로 실행하게 될 Thread와 관련된 설정은 다음과 같이 해 준다.

@SpringBootApplication
@EnableAsync
public class DemoApplication {

    public static void main(String[] args) {
        SpringApplication.run(DemoApplication.class, args);
    }

    @Bean
    public Executor taskExecutor() {
        ThreadPoolTaskExecutor executor = new ThreadPoolTaskExecutor();

        executor.setCorePoolSize(2);
        executor.setMaxPoolSize(2);
        executor.setQueueCapacity(500);
        executor.setThreadNamePrefix("GithubLookup-");
        executor.initialize();

        return executor;
    }
}

Springboot main 클래스에 @EnableAsync annotation을 달고 ThreadPoolTaskExecutor를 셋팅해서 반환하는 Bean을 만든다.

기본적으로 pool size를 2개로 하게 될 경우 2개를 먼저 처리 후 나머지 1개를 처리하게 될 것이다.

이제 이를 실행하기 위한 클래스를 만든다.

@Slf4j
@Component
public class AppRunner implements CommandLineRunner {
    private final GitHubLookupService gitHubLookupService;

    public AppRunner(GitHubLookupService gitHubLookupService) {
        this.gitHubLookupService = gitHubLookupService;
    }

    @Override
    public void run(String... args) throws Exception {
        // Start the clock
        long start = System.currentTimeMillis();

        // Kick of multiple, asynchronous lookups
        CompletableFuture<User> page1 = gitHubLookupService.findUser("PivotalSoftware");
        CompletableFuture<User> page2 = gitHubLookupService.findUser("CloudFoundry");
        CompletableFuture<User> page3 = gitHubLookupService.findUser("Spring-Projects");

        // Wait until they are all done
        CompletableFuture.allOf(page1,page2,page3).join();

        // Print results, including elapsed time
        log.info("Elapsed time: " + (System.currentTimeMillis() - start));
        log.info("--> " + page1.get());
        log.info("--> " + page2.get());
        log.info("--> " + page3.get());
    }
}

gitHubLookupService 3개를 차례대로 호출하고 값을 모아서 출력하게 된다.

실행한 시간과 결과값을 보여준다.

실행은 다음과 같이 하면 된다. 이렇게 실행하게 되면 excutable jar를 실행하는 것과 똑같이 실행된다.

Gradle의 application > bootRun 을 실행하면 된다.

실행을 하게 되면 로그에 다음과 같이 보여지게 된다.

pool size 2인 경우 실행 결과

호출은 2 > 1번 순으로 호출 되었지만 결과는 1 > 2번 순으로 오게 되었고, 처리 되지 않았던 마지막 Spring-Projects 는 1번 쓰레드에 의해 다시 호출되게 된다.

각 호출은 1초의 Sleep을 주었기 때문에 Sync로 동작하게 되면 최소 3초 이상이 걸려야 하지만 실제 실행 시간은 2,378ms 가 걸리게 되었다.

그렇다면 pool size를 3으로 변경하면 실행 시간은 어떻게 바뀌게 될까?

pool size 3인 경우 실행 결과

pool에 여유가 있어서 3 > 2 > 1 순서로 실행 되었고 결과는 2 > 3 > 1 로 오게 되었다.

각 호출 당 1초 이상의 실행 시간이 필요 하기 때문에 한번에 실행 되어 결과가 모여 졌으므로 실행 시간도 1,592ms 로 짧아 졌다.

 

간단하게 CompletableFuture를 사용하여 Asynchronous method의 동작 모습을 볼 수 있었다.

AppRunner의 "CompletableFuture.allOf(page1,page2,page3).join();" 에서 볼 수 있는 모습은 마치 Parallel Stream의 fork and join과 비슷하게 동작하는 것을 볼 수 있다.

추가

taskExecutor를 여러개 만들고 나서 특정 taskExecutor를 쓰고 싶을 경우 아래와 같이 하면 된다.

    private final GitHubLookupService gitHubLookupService;
    private final Executor executor;

    public AppRunner(GitHubLookupService gitHubLookupService, @Qualifier("taskExecutor") Executor executor) {
        this.gitHubLookupService = gitHubLookupService;
        this.executor = executor;
    }

    @Override
    public void run(String... args) throws Exception {
        // Start the clock
        long start = System.currentTimeMillis();

        CompletableFuture.runAsync(() -> {
            try {
                // Kick of multiple, asynchronous lookups
                CompletableFuture<User> page1 = gitHubLookupService.findUser("PivotalSoftware");
                CompletableFuture<User> page2 = gitHubLookupService.findUser("CloudFoundry");
                CompletableFuture<User> page3 = gitHubLookupService.findUser("Spring-Projects");

                // Wait until they are all done
                CompletableFuture.allOf(page1,page2,page3).join();

                // Print results, including elapsed time
                log.info("Elapsed time: " + (System.currentTimeMillis() - start));
                log.info("--> " + page1.get());
                log.info("--> " + page2.get());
                log.info("--> " + page3.get());
            } catch (Exception e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }, executor);
    }

CompletableFuture.runAsync에 2번째 인자로 bean을 넣어주면 된다.

단 동작은 조금 달라지는데 runAsync 안에서 각자 async로 돌아가는 것이라서 3개의 service가 동시에 실행 되기 위해서는 pool이 4개가 있어야 한다. 3개의 pool로 설정할 경우에는 runAync 안에서 1개의 쓰레드를 사용하는 것 같으며 나머지 2개로 gitHubLookupService를 실행하게 된다.

추가2

모든 API의 호출이 완료되어서 join 하기 전에 미리 page1, 2, 3를 보게 된다면 어떨까?

다음과 같이 로그를 찍어봤다.

                log.info("--> " + page1);
                log.info("--> " + page2);
                log.info("--> " + page3);

                // Wait until they are all done
                CompletableFuture.allOf(page1,page2,page3).join();

위 로그 이미지에서 볼 수 있는 것 처럼 CompletableFuture 객체가 아직 완료 되지 않은 상태로 반환 되었으며, 호출은 추후 이루어지는 것을 볼 수 있다.

Async로 잘 동작하는 것을 알 수 있다.

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