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FastAPI와 완전 비동기식 구현
FastAPI와 비동기 방식의 백엔드 프레임워크의 장점
FastAPI는 비동기 방식으로 설계된 벡엔드 프레임워크로, 성능과 확장성 측면에서 뛰어난 장점이 있습니다. FastAPI의 비동기 처리는 Python의 asyncio 라이브러리를 기반으로 하여, 외부에서 데이터를 가져오거나 보내는 동안 기다려야 하므로 대기 시간이 많은 I/O 바운드 작업을 효율적으로 처리할 수 있도록 합니다. 이로 인해 백엔드 처리 속도가 빨라지고, 서버의 자원을 더 효율적으로 사용할 수 있습니다. FastAPI를 이용한 비동기 방식의 벡엔드 구현에는 다음과 같은 장점이 있습니다.
높은 성능 (High Performance)
비동기 방식은 동기 방식보다 더 많은 요청을 동시에 처리할 수 있기 때문에 서버의 성능이 크게 향상됩니다. 멀티스레딩이나 멀티프로세싱처럼 많은 메모리를 요구하지 않으며, 컨텍스트 스위칭으로 인한 오버헤드도 발생하지 않습니다. FastAPI는 async/await 구문으로 비동기 작업을 구현하며, 이는 벡엔드가 여러 I/O 바운드 작업(통신, 데이터베이스 쿼리, 외부 API 호출 등)을 동시에 논블록킹으로 처리할 수 있도록 하여, 대규모 트래픽을 효율적으로 처리할 수 있게 합니다.
응답 시간 단축 (Reduced Response Time)
비동기 I/O는 여러 작업을 동시에 처리할 수 있기 때문에 클라이언트의 요청이 완료되는 시간을 단축시킵니다. 예를 들어, 데이터베이스에 대한 쿼리를 보내면서 다른 작업을 동시에 처리할 수 있어, 대기 시간이 줄어듭니다. 이는 클라이언트가 백엔드에 요청을 보낸 후 대기하는 시간을 줄여, 최종적으로 사용자 인터랙션에 대한 빠른 피드백을 통해 사용자 경험을 향상시킬 수 있습니다.
자원 최적화 (Low Overhead)
비동기 방식은 멀티스레딩을 사용하지 않기 때문에, 한 번에 많은 스레드를 생성하지 않아도 됩니다. 이는 서버 자원의 효율적인 활용을 가능하게 하며, 특히 서버가 수많은 요청을 동시에 처리할 때 메모리와 CPU 자원의 낭비를 줄일 수 있습니다. 또한, 비동기 방식은 각 요청을 하나의 이벤트 루프에서 처리하므로, 자원을 효율적으로 배분할 수 있습니다.
웹 소켓과 같은 실시간 기능 지원
FastAPI는 비동기 방식으로 WebSocket 연결을 쉽게 처리할 수 있습니다. 웹소켓은 클라이언트와 서버 간의 실시간 양방향 통신을 필요로 하는 애플리케이션에 적합합니다. 비동기 방식의 FastAPI는 이러한 실시간 데이터 전송을 효율적으로 처리하며, 채팅과 같은 실시간성이 중요한 애플리케이션을 개발하는데 강력한 도구가 됩니다.
완전 비동기 구현이 중요한 이유
FastAPI 백엔드 개발 시 최대한 비동기적으로 구현하는 이유는 성능 최적화와 동시성 향상 때문입니다. 백엔드 애플리케이션이 I/O 바운드 작업을 많이 포함하고 있다면, 동기식 서브 모듈 사용은 비효율적인 리소스 소비와 처리 속도 저하를 초래할 수 있습니다. 동기식 서브 모듈 사용을 최소화하는 이유는 다음과 같습니다.
I/O 바운드 작업의 비효율적인 처리
FastAPI는 비동기 방식으로 구현된 프레임워크이지만, 동기식 서브 모듈을 사용할 경우 비동기 처리의 장점을 살릴 수 없습니다. 예를 들어, 데이터베이스 쿼리를 동기식으로 실행하면 다른 요청들이 해당 쿼리의 응답을 기다려야 하므로, 전체 성능이 저하될 수 있습니다. 비동기 코드에서는 await 구문을 사용하여 요청이 I/O 작업을 기다리는 동안 다른 작업을 처리할 수 있지만, 동기식 코드에서는 이를 처리할 수 없기 때문에 효율적인 성능을 제공하지 못합니다.
백엔드 성능 저하
동기식 서브 모듈을 사용하면 각 요청마다 I/O 작업이 완료될 때까지 기다려야 하므로, 서버가 더 많은 요청을 처리할 수 없습니다. 예를 들어, 한 개의 동기식 작업이 완료될 때까지 기다려야 하므로, 요청이 대기 상태로 남게 되고, 결국 서버 자원이 낭비됩니다. 반면, 비동기 방식에서는 요청이 I/O 작업을 기다리는 동안 다른 요청을 처리할 수 있기 때문에, 서버 자원을 효율적으로 사용할 수 있습니다.
동시성 제한
비동기 방식은 서버가 많은 동시 연결을 처리할 수 있도록 도와줍니다. 반면, 동기식 코드에서는 연결이 대기 상태에 있을 때 서버 자원이 소모되고, 이로 인해 많은 요청을 처리하는 데 한계가 생깁니다. 이를 해결하려면 수많은 스레드를 사용해야 하며, 이로 인해 서버 성능이 저하될 수 있습니다. 비동기 방식에서는 이러한 병목 현상을 피할 수 있습니다.
동기식 코드에서 발생하는 블로킹 문제
동기식 코드에서는 한 요청이 다른 요청을 블로킹할 수 있습니다. 예를 들어, 긴 시간을 소요하는 동기식 작업이 있을 경우, 이 작업이 완료될 때까지 다른 요청들은 대기 상태로 남게 됩니다. 이와 같은 블로킹 문제를 해결하려면, 비동기 코드로 작업을 재구성하여 각 작업이 병렬로 실행되도록 해야 합니다.
실시간 처리 요구 사항을 충족하기 어려움
채팅, 주식, 게임 등 실시간 데이터를 다루는 애플리케이션은 응답 시간이 매우 중요합니다. 동기식 코드에서는 각 요청을 처리할 때마다 대기 시간이 발생할 수 있기 때문에, 실시간으로 데이터를 처리하는 데 어려움을 겪을 수 있습니다. 비동기 코드에서는 여러 작업을 동시에 처리하면서 실시간 응답을 제공할 수 있습니다.
마무리
FastAPI의 비동기 방식은 고성능과 효율적인 자원 관리를 가능하게 해줍니다. 완전 비동기 방식으로 백엔드 애플리케이션을 구현하면 I/O 바운드 작업에 대해 성능을 극대화할 수 있으며, 서버의 동시성도 크게 향상됩니다. 이는 실시간 처리가 중요한 애플리케이션에 적합하며, 사용자 경험 향상에도 도움을 줍니다. 따라서 FastAPI 기반의 백엔드 애플리케이션은 데이터베이스 접근을 포함하여 완전 비동기 방식으로 구현하는 것이 중요합니다. 만약 비동기 방식으로 대체가 어려워 동기식 서브 모듈을 사용할 수 밖에 없는 상황이라면 asyncio의 ThreadPoolExecutor을 활용할 수 있습니다.