Reactive Streams 에 대해 알아보자!

Spring Webflux 공식 문서에서 Reactive Streams에 대해 자주 언급됩니다. 그 이유는 Spring Webflux에서 Reactive Streams의 구현체인 Reactor라는 reactive library를 사용하기 때문입니다. Webflux의 동작 구조를 이해하기 위해 Reactive Streams에 대해 알아보고자 합니다.

Reactive Streams?

Reactive Streams는 공식 홈페이지인 reactive-streams.org에서 다음과 같이 정의하고 있습니다.

Reactive Streams is an initiative to provide a standard for asynchronous stream processing with non-blocking back pressure.

Reactive Streams는 논블로킹(Non-blocking) 백 프레셔(back pressure)를 이용한 비동기 스트림 처리의 표준이라고 정의하고 있는데 백 프레셔에 대한 개념이 생소해 아래에서 정리해 보겠습니다.

Back Pressure?

Back Pressure는 빠른 Publisher - 느린 Subscriber 문제를 해결하는 원리입니다.

Reactive Programming 에는 옵저버 패턴(observer pattern) 이 기반 기술로써 사용됩니다. 기존의 옵저버 패턴에서 발생자(publisher)는 구독자(subscriber) 에게 데이터를 밀어 넣는(push) 형태였습니다.

이러한 방식을 push라고 하는데 만약 Publisher가 1초에 10개 밖에 처리가능한 Subscriber에게 더 많은 이벤트를 보내게 된다면 큐(queue)를 이용하여 대기 중인 이벤트를 저장해야 합니다. 추가적으로 계속 push 하게 된다면 한정된 메모리로 인해 오버플로(overflow)가 발생하게 됩니다.

풀(pull) 방식에서는 Subscriber 가 1초에 10개만 처리 가능하다면 publisher에게 10개만 요청합니다. publisher는 요청받은 만큼만 전달하기 때문에 위에서 오버플로우 문제는 걱정하지 않아도 되고 중간에 사용되었던 Queue 도 필요 없어집니다.

추가적으로 subscriber 가 이미 8개의 일을 처리하고 있다면 추가적으로 2개만 더 요청하여 subscriber 가 현재 처리 가능한 범위 내에서만 메시지를 받게 할 수 있습니다. 풀 방식에서는 전달되는 모든 데이터의 크기를 subscriber가 결정하게 되는데 이러한 방식을 dynamic pull이라고 합니다. Publisher의 일방적인 데이터 push가 아니라, dynamic pull 방식의 데이터를 요청해서 subscriber가 수용할 수 있는 만큼만 데이터를 요청하는 방식이 Back Pressure입니다.

Reactive Streams API

Reactive Streams는 아래와 같은 간단한 API들의 조합으로 구성되어 있습니다.

Publisher

public interface Publisher<T> {
   public void subscribe(Subscriber<? super T> s);
}

Publisher는 Subscriber를 구독받기 위한 subscribe 메서드가 있습니다.

Subscriber

public interface Subscriber<T> {
   public void onSubscribe(Subscription s);
   public void onNext(T t);
   public void onError(Throwable t);
   public void onComplete();
}

Subscriber 에는 받은 데이터를 처리하기 위한 onNext, 에러를 처리하는 onError, 작업 완료 시 사용하는 onComplete, 매개 변수로 Subscription을 받는 onSubscribe 메서드가 있습니다.

Subscription

public interface Subscription {
   public void request(long n);
   public void cancel();
}

Subscription 은 n 개의 데이터를 요청하기 위한 request와 구독을 취소하기 위한 cancel 메서드가 있습니다.

Reactive Streams API의 흐름은 다음과 같습니다.

Subscriber 가 subscribe 메서드를 통해 Publisher에게 구독을 요청합니다.
Publisher는 onSubscribe 메서드로 SubScriber에게 Subscription 전달합니다.
Subscription은 Subscriber와 Publisher 간 통신의 매개체가 됩니다. Subscriber는 Publisher에게 직접 데이터 요청을 하지 않고, Subscription의 request 함수를 통해 Publisher에게 전달합니다.
Publisher는 Subscription을 통해 Subscriber의 onNext에 데이터를 전달하고, 작업이 완료되면 onComplete, 에러가 발생하면 onError 시그널을 전달합니다.
Subscriber와 Publisher, Subscription이 서로 유기적으로 연결되어 통신을 주고받으면서 subscribe부터 onComplete까지 연결되고, 이를 통해 back pressure 가 완성됩니다.