Intro

Executor Service 에 이어서 스레드와 동시성 처리에 중요한 Future클래스에 대해서 정리합니다.

Thread클래스를 생성하여 Task를 실행하면 Main Context와 별도의 작업을 수행할 수 있습니다. 하지만 Task마다 Thread클래스 를 생성하는 것은 CPU 코어보다 많은 스레드를 생성할 수 있으며 이 경우 스레드간의 경쟁이 심해져 성능이 저하될 수도 있습니다.

Executors클래스를 통해서 시스템 사양에 맞게 스레드 풀을 생성하여 서비스를 하는 것이 보다 안전한 멀티스레딩 코딩이며 ExecutorService에서 제공하는 다양한 API를 사용할 수 있습니다.

Future Interface

ExecutorService를 사용하여 Main Context와 별도의 작업을 수행했는데 Task의 작업상태를 확인해야하는 경우가 있습니다. 예를 들어 Task1가 완료된 후에 Task2를 실행 해야하는 경우라면 Task1의 완료상태를 확인해야할 것입니다. 다음과 같은 경우는 ExecutorService.submit()가 반환하는 작업상태를 참조하는 Future인터페이스를 사용해서 해결할 수 있습니다.

{ // ExecutorService ExecutorService exec = Executors.newSingleThreadExecutor(); Callable<String> task = () -> { Thread.sleep(1000); return "task"; }; Future<String> future = exec.submit(task); String result = future.get(); //RunnableTask FutureTask<String> future = new FutureTask<>(task); new Thread(future).start(); // Future 작업 실행 String result = future.get(); }

Future인터페이스는 java.util.concurrent와 함께 JDK 1.5에 도입된 문법입니다.
Future인터페이스는 비동기 작업의 결과를 추상화하여 작업을 관리하는 메서드를 제공합니다.

Callable<String> task = () -> { Thread.sleep(1000); return "task"; }; FutureTask<String> future = new FutureTask<>(task); new Thread(future).start(); // Future 작업 실행 // Main Thread와 별도로 task를 수행중이므로 // 비동기적으로 다른 작업을 수행할 수 있습니다. System.out.println("결과를 받기전에 다른 작업"); // 작업완료 여부를 확인합니다. if (future.isDone()) { System.out.println("작업 완료"); } else { System.out.println("작업 진행 중"); } // 실행 중인 작업을 중단 boolean cancelled = future.cancel(true); if (cancelled) { System.out.println("작업 취소됨"); } else { System.out.println("작업 취소 실패"); } // 결과를 받기 위해 대기합니다. String result = future.get();

Future인터페이스의 메서드를 활용하여 앞서 말씀드린 Task1이 완료되면 Task2를 실행하고 싶은 상황을 해결해보겠습니다.

ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor(); // task1 정의 Callable<String> task1 = () -> { Thread.sleep(1000); // task1이 오랜 시간이 걸리는 작업이라 가정 return "task1 done"; }; // task2 정의 Callable<String> task2 = () -> { Thread.sleep(500); // task2가 오랜 시간이 걸리는 작업이라 가정 return "task2 done"; }; try { // task1 실행 및 완료 대기 Future<String> future1 = executorService.submit(task1); String result1 = future1.get(); System.out.println(result1); // task1의 결과 출력 // task2 실행 및 완료 대기 Future<String> future2 = executorService.submit(task2); String result2 = future2.get(); System.out.println(result2); // task2의 결과 출력 // ExecutorService 종료 executorService.shutdown(); } catch (InterruptedException | ExecutionException e) { e.printStackTrace(); }

위 코드는Task1이 완료된 것을 확인한 다음Task2를 실행하는 코드입니다. Task1의 결과를 확인하고 Task2를 실행하기 위해서 Future.get()을 실행하는 것은 Task1의 결과를 받기 위해서 대기해야하기 때문에 진정한 동시성이라고 보기 어렵습니다. 그리고 2개의 Task를 실행하기 위해서 생각보다 긴 코드를 작성해야합니다. 만약 Task3을 실행해야 하는 상황이라면 더 장황한 코드를 생성해야합니다. Future인터페이스가 비동기작업에 대한 메서드를 제공하지만 실제 사용해보면 많은 제약사항이 있습니다.

Future Interface의 한계

• 여러 개의 다른 Future인터페이스를 결합해서 사용하기 힘듭니다.
• 여러 개의 Future인터페이스를 체이닝해서 사용하기 힘듭니다.
• Future인터페이스는 수동으로 completed를 설정할 수 없습니다.
• Future인터페이스는 예외에 대한 처리가 부족합니다.
• Task가 완료됬을 때 Callback을 연결하기 어렵습니다.

CompletableFuture Class

CompletableFutre클래스는 Future인터페이스의 한계점을 보완하기 위해서 JDK8에서 소개되었습니다. CompletableFutre클래스는 Future인터페이스와 여러 개의 비동기 작업을 조합할 수 있는 메서드를 가진 CompletionStage인터페이스를 구현합니다.

public class CompletableFuture<T> implements Future<T>, CompletionStage<T>

CompletableFuture가 비동기 작업을 관리하기 위해서 제공하는 풍부한 메서드는 아래와 같습니다.

CompletableFuture의 메서드의 return값은 또 다른 CompletableFuture을 반환합니다. 그러므로 Task1의 작업이 완료되면 thenRun과 같은 메서드를 이용하여 다음 Task2를 손쉽게 수행할 수 있습니다. 위 메서드들을 활용하여 Future인터페이스의 한계점을 CompletableFuture클래스는 어떻게 보완할 수 있는지 살펴보겠습니다.

여러 개의 다른 Future 인터페이스를 결합해서 사용하기 힘듭니다.
thenCombine()를 통해서 다른 작업의 결과와 조합하여 결과를 반환할 수 있습니다.

CompletableFuture<Integer> future1 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> 1); CompletableFuture<Integer> future2 = CompletableFuture.supplyAsync(() -> 2); CompletableFuture<Integer> combinedFuture = future1.thenCombine(future2, (result1, result2) -> result1 + result2); combinedFuture.thenAccept(System.out::println); // 결과: 3

여러 개의 Future인터페이스를 체이닝해서 사용하기 힘듭니다.
then 메서드의 결과값이 CompletableFuture이므로 비동기 작업을 체이닝하여 연결할 수 있습니다.

CompletableFuture.supplyAsync(() -> 1) .thenApply(result -> result * 2) .thenApply(result -> result * 3) .thenAccept(System.out::println); // 결과: 6

Future인터페이스는 수동으로 completed를 설정할 수 없습니다.
complete() 메서드를 사용하여 수동으로 작업을 완료할 수 있습니다.

CompletableFuture<String> future = new CompletableFuture<>(); // 수동으로 작업 완료 future.complete("Task completed"); // 결과: Task completed future.thenAccept(System.out::println);

Future인터페이스는 예외에 대한 처리가 부족합니다.
exceptionally() 메서드를 사용하여 예외를 처리할 수 있습니다.

CompletableFuture<String> future = new CompletableFuture<>(); // 예외 발생 future.completeExceptionally(new RuntimeException("Task failed")); // 예외 처리 코드 future.exceptionally(ex -> { System.out.println("Exception occurred: " + ex.getMessage()); return null; });

Task가 완료됬을 때 Callback을 연결하기 어렵습니다.
thenApply, thenAccept, thenRun 등의 메서드를 사용하여 작업 완료 시 콜백을 등록할 수 있습니다.

CompletableFuture.supplyAsync(() -> "Task result") .thenApply(result -> result.toUpperCase()) .thenAccept(result -> System.out.println("Result: " + result));

Outro

CompletableFuture클래스를 잘 활용하면 보다 깔끔하게 비동기 작업을 수행할 수 있습니다.