Spring Async (@Async)

개념

Spring의 @Async는 메서드를 비동기로 실행하게 만드는 어노테이션이다. 메서드에 @Async를 붙이면 호출자는 메서드의 완료를 기다리지 않고 즉시 다음 코드를 실행할 수 있다.

핵심 특징

논블로킹 실행: 호출 스레드가 작업 완료를 기다리지 않음
스레드 풀 기반: 별도의 스레드 풀에서 비동기 작업 실행
프록시 기반: AOP 프록시를 통해 비동기 실행 처리
반환 타입 지원: void, Future, CompletableFuture 등 다양한 반환 타입

왜 필요한가

해결하려는 문제

동기 방식에서는 긴 작업(외부 API 호출, 파일 처리, 이메일 발송 등)이 완료될 때까지 다음 작업을 진행할 수 없다. 이는 응답 시간 지연과 리소스 낭비를 초래한다.

기존 방식의 한계

블로킹: 작업 완료까지 스레드가 대기하여 리소스 낭비
응답 지연: 사용자가 불필요하게 긴 작업을 기다림
낮은 처리량: 동시에 처리 가능한 요청 수 제한
복잡한 스레드 관리: 직접 스레드를 생성하고 관리해야 함

제공하는 가치

빠른 응답: 사용자는 즉시 응답을 받고 백그라운드에서 작업 처리
높은 처리량: 블로킹 없이 더 많은 요청 동시 처리
간단한 사용: 어노테이션만으로 비동기 처리 구현
효율적인 리소스 활용: 스레드 풀로 스레드 재사용

동작 원리

@Async 구현체 등록 및 탐색 과정

Spring이 @Async 메서드를 비동기로 실행하기까지의 과정은 다음과 같다.

1. @EnableAsync 선언
   ↓
2. AsyncConfigurationSelector 활성화
   ↓
3. ProxyAsyncConfiguration 등록
   ↓
4. AsyncAnnotationBeanPostProcessor
   → @Async 메서드를 프록시로 래핑
   ↓
5. AsyncExecutionInterceptor
   → 프록시가 실제 메서드 호출을 인터셉트
   ↓
6. Executor 선택 (우선순위 순)
   1) AsyncConfigurer.getAsyncExecutor()
   2) 빈 이름 "taskExecutor"
   3) SimpleAsyncTaskExecutor (기본값)

Spring Boot의 기본 Executor 설정

Spring Boot는 TaskExecutionAutoConfiguration을 통해 자동으로 ThreadPoolTaskExecutor를 등록한다.

빈 정보:

빈 이름: applicationTaskExecutor
실제 구현체: ThreadPoolTaskExecutor
설정: TaskExecutionProperties (spring.task.execution.*)

ThreadPoolTaskExecutor 기본 설정

설정	기본값	설명	주의사항
`corePoolSize`	8	항상 유지되는 최소 스레드 수	서버당 초당 처리 가능한 비동기 요청 제한
`maxPoolSize`	`Integer.MAX_VALUE`	허용되는 최대 스레드 수	queueCapacity가 무제한이면 의미 없음, OOM 위험
`queueCapacity`	`Integer.MAX_VALUE`	작업 보관 BlockingQueue 크기	큐가 계속 쌓이면 OOM 위험
`keepAliveSeconds`	60	비활성 스레드 유지 시간	유휴 스레드 정리
`allowCoreThreadTimeOut`	true	core 스레드도 timeout 적용 여부	false면 항상 corePoolSize 유지
`rejectedExecutionHandler`	`CallerRunsPolicy`	큐가 가득 찼을 때 대응 정책	4가지 정책 선택 가능
`waitForTasksToCompleteOnShutdown`	false	종료 시 진행 중인 작업 대기 여부	Kubernetes와 함께 고려
`awaitTerminationSeconds`	0	종료 시 최대 대기 시간	`terminationGracePeriodSeconds` 이하로 설정

ThreadPoolTaskExecutor 동작 흐름

작업 제출
    ↓
1. 현재 스레드 수 < corePoolSize?
   ✅ YES → 새 스레드 생성하여 즉시 실행
   ❌ NO → 2단계로
    ↓
2. 큐에 여유 공간 있음?
   ✅ YES → 큐에 작업 추가
   ❌ NO → 3단계로
    ↓
3. 현재 스레드 수 < maxPoolSize?
   ✅ YES → 추가 스레드 생성 (최대 maxPoolSize)
   ❌ NO → 4단계로
    ↓
4. RejectedExecutionHandler 동작
   - AbortPolicy: RejectedExecutionException 발생
   - CallerRunsPolicy: 호출 스레드가 직접 실행 (백프레셔)
   - DiscardPolicy: 새 작업 버림
   - DiscardOldestPolicy: 가장 오래된 작업 제거 후 재시도

예외 처리

반환값이 없는 @Async 메서드의 예외는 AsyncUncaughtExceptionHandler로 전달된다.

기본 핸들러: SimpleAsyncUncaughtExceptionHandler
동작: error level 로깅만 수행
커스터마이징: AsyncConfigurer 구현으로 변경 가능

주의사항

1. 기본 설정의 OOM 위험

기본 maxPoolSize와 queueCapacity가 무제한이어서 메모리 부족이 발생할 수 있다.

# application.yml - 안전한 설정 예시
spring:
  task:
    execution:
      pool:
        core-size: 10
        max-size: 20
        queue-capacity: 100
        keep-alive: 60s

2. Self-Invocation 문제

같은 클래스 내에서 @Async 메서드를 호출하면 프록시를 거치지 않아 동기로 실행된다.

// ❌ 잘못된 사용 - 비동기로 동작하지 않음
@Service
class UserService {
    fun process() {
        sendEmail() // 같은 클래스 내 호출 → 동기 실행
    }
    
    @Async
    fun sendEmail() {
        // ...
    }
}

// ✅ 올바른 사용 - 다른 빈에서 호출
@Service
class UserService(
    private val emailService: EmailService
) {
    fun process() {
        emailService.sendEmail() // 다른 빈 호출 → 비동기 실행
    }
}

@Service
class EmailService {
    @Async
    fun sendEmail() {
        // ...
    }
}

3. 예외 처리 필수

반환값이 없는 @Async 메서드에서 발생한 예외는 호출자에게 전달되지 않는다.

// 예외가 조용히 사라짐
@Async
fun processAsync() {
    throw RuntimeException("Error") // 기본 핸들러는 로깅만 함
}

// AsyncConfigurer로 예외 핸들러 등록
@Configuration
@EnableAsync
class AsyncConfig : AsyncConfigurer {
    override fun getAsyncUncaughtExceptionHandler(): AsyncUncaughtExceptionHandler {
        return AsyncUncaughtExceptionHandler { ex, method, params ->
            logger.error("Async error in ${method.name}: ${ex.message}", ex)
            // 알림 전송, 모니터링 등 추가 처리
        }
    }
}

4. Graceful Shutdown 설정

애플리케이션 종료 시 진행 중인 작업을 안전하게 완료해야 한다.

spring:
  task:
    execution:
      shutdown:
        await-termination: true
        await-termination-period: 30s # Kubernetes terminationGracePeriodSeconds 이하

실전 적용

1. 기본 사용법

@SpringBootApplication
@EnableAsync // 비동기 활성화
class Application

@Service
class NotificationService {
    
    // 반환값 없는 비동기
    @Async
    fun sendEmail(to: String, subject: String, body: String) {
        Thread.sleep(3000) // 이메일 발송 시뮬레이션
        println("Email sent to $to")
    }
    
    // Future 반환
    @Async
    fun calculateAsync(value: Int): Future<Int> {
        Thread.sleep(2000)
        return AsyncResult(value * 2)
    }
    
    // CompletableFuture 반환 (권장)
    @Async
    fun fetchDataAsync(id: Long): CompletableFuture<User> {
        val user = userRepository.findById(id)
        return CompletableFuture.completedFuture(user)
    }
}

2. 커스텀 Executor 설정

@Configuration
@EnableAsync
class AsyncConfig : AsyncConfigurer {
    
    override fun getAsyncExecutor(): Executor {
        val executor = ThreadPoolTaskExecutor()
        executor.corePoolSize = 10
        executor.maxPoolSize = 20
        executor.queueCapacity = 100
        executor.setThreadNamePrefix("async-")
        executor.setRejectedExecutionHandler(ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy())
        executor.initialize()
        return executor
    }
    
    override fun getAsyncUncaughtExceptionHandler(): AsyncUncaughtExceptionHandler {
        return AsyncUncaughtExceptionHandler { ex, method, params ->
            logger.error("Async exception in ${method.name}", ex)
        }
    }
}

3. 여러 Executor 사용

@Configuration
@EnableAsync
class AsyncConfig {
    
    @Bean("emailExecutor")
    fun emailExecutor(): Executor {
        val executor = ThreadPoolTaskExecutor()
        executor.corePoolSize = 5
        executor.maxPoolSize = 10
        executor.setThreadNamePrefix("email-")
        executor.initialize()
        return executor
    }
    
    @Bean("reportExecutor")
    fun reportExecutor(): Executor {
        val executor = ThreadPoolTaskExecutor()
        executor.corePoolSize = 2
        executor.maxPoolSize = 5
        executor.setThreadNamePrefix("report-")
        executor.initialize()
        return executor
    }
}

@Service
class NotificationService {
    
    @Async("emailExecutor") // 특정 Executor 지정
    fun sendEmail(to: String) {
        // 이메일 발송
    }
    
    @Async("reportExecutor")
    fun generateReport(userId: Long) {
        // 리포트 생성
    }
}

4. CompletableFuture 조합

@Service
class OrderService(
    private val paymentService: PaymentService,
    private val inventoryService: InventoryService,
    private val notificationService: NotificationService
) {
    
    fun processOrder(orderId: Long) {
        // 여러 비동기 작업을 병렬로 실행하고 결과 조합
        val paymentFuture = paymentService.processPaymentAsync(orderId)
        val inventoryFuture = inventoryService.reserveItemsAsync(orderId)
        
        CompletableFuture.allOf(paymentFuture, inventoryFuture)
            .thenRun {
                val paymentResult = paymentFuture.join()
                val inventoryResult = inventoryFuture.join()
                
                if (paymentResult && inventoryResult) {
                    notificationService.sendOrderConfirmation(orderId)
                }
            }
    }
}

5. 모니터링 설정

@Configuration
class ExecutorMonitoringConfig {
    
    @Bean
    fun taskExecutorMetrics(
        meterRegistry: MeterRegistry,
        @Qualifier("applicationTaskExecutor") executor: ThreadPoolTaskExecutor
    ): TaskExecutorMetrics {
        return TaskExecutorMetrics(executor, meterRegistry)
    }
}

class TaskExecutorMetrics(
    private val executor: ThreadPoolTaskExecutor,
    private val meterRegistry: MeterRegistry
) {
    
    @Scheduled(fixedRate = 10000) // 10초마다
    fun recordMetrics() {
        val threadPool = executor.threadPoolExecutor
        
        Gauge.builder("executor.pool.size", threadPool) { it.poolSize.toDouble() }
            .register(meterRegistry)
        
        Gauge.builder("executor.active.count", threadPool) { it.activeCount.toDouble() }
            .register(meterRegistry)
        
        Gauge.builder("executor.queue.size", threadPool) { it.queue.size.toDouble() }
            .register(meterRegistry)
    }
}

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ThreadPoolTaskExecutor 기본 설정

ThreadPoolTaskExecutor 동작 흐름

예외 처리

주의사항

1. 기본 설정의 OOM 위험

2. Self-Invocation 문제

3. 예외 처리 필수

4. Graceful Shutdown 설정

실전 적용

1. 기본 사용법

2. 커스텀 Executor 설정

3. 여러 Executor 사용

4. CompletableFuture 조합

5. 모니터링 설정

참고 자료

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4. CompletableFuture 조합

5. 모니터링 설정

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