actor model

액터 모델은 동시성 프로그래밍에서 사용하는 개념으로, 처음 접하는 사람도 이해하기 쉽도록 아래와 같이 설명한다.

액터 모델 기본 개념

액터(actor)는 컴퓨터 프로그램에서 독립적인 계산 단위로 볼 수 있다. 쉽게 말해 각자의 사무실을 가진 직원 같은 존재라고 생각하면 된다. 각 액터는 자신만의 메모리 공간과 상태를 가지고 있으며, 다른 액터와 상태를 직접 공유하지 않는다. 대신 액터는 비동기 메시지를 주고 받으며 상호작용한다.

비동기 메시지란 편지나 이메일처럼 보낸 후 즉시 응답을 기다리지 않는 방식을 의미한다. 전화통화(동기)와 달리 문자메시지(비동기)를 보내면 상대방이 언제 확인할지 모르지만 보내는 사람은 다른 일을 계속할 수 있다.

이 모델의 핵심은 '모든 것이 액터'라는 철학으로, 액터들은 서로 메시지를 보내고 자신에게 온 메시지를 처리하는 방식으로 동작한다.

액터의 특징

• 메시지 처리: 액터는 메시지를 받을 수 있고, 받은 메시지에 대해 처리한다.
• 액터 생성: 새로운 액터를 생성할 수 있다. (마치 새로운 직원을 고용하는 것처럼)
• 메시지 전송: 다른 액터에게 메시지를 보낼 수 있다.
• 상태 캡슐화: 각 액터는 자신만의 상태를 관리하며 외부에서 직접 접근할 수 없다. 이는 각자의 사무실에 있는 서류를 다른 사람이 함부로 건드릴 수 없는 것과 같다.

메커니즘 예시

사람 사이의 대화를 생각해보면 이해하기 쉽다. 사람들은 머릿속을 바로 볼 수 없고, 말을 통해서만 생각이나 요청을 전달한다. 액터도 마찬가지로 메시지를 통해서만 서로 소통한다. 이 메시지는 비동기적으로 전송되어 보내는 쪽은 상대방의 응답을 기다리지 않고 다음 작업을 할 수 있다.

예를 들어, 온라인 쇼핑몰에서 주문 처리 시스템을 생각해보자:

• 주문 액터: 고객의 주문을 받아 처리
• 재고 액터: 상품 재고를 관리
• 결제 액터: 결제 처리 담당
• 배송 액터: 배송 정보 관리

각 액터는 독립적으로 작업하며, 필요할 때만 메시지로 소통한다.

동시성 문제 해결

기존 방식의 문제점: 전통적인 병렬 프로그래밍은 여러 스레드가 같은 메모리를 동시에 변경하다 보니 데이터 경합(race condition)이나 교착 상태(deadlock) 문제가 많았다. 이는 여러 사람이 동시에 같은 서류를 수정하려다 발생하는 혼란과 비슷하다.

액터 모델의 해결책: 액터 모델은 상태를 공유하지 않고 메시지 전달만 사용하기 때문에 이런 문제들을 자연스럽게 피할 수 있다. 각자의 사무실에서 독립적으로 일하되, 필요한 정보는 메모로 주고받는 것과 같다.

구성 요소

• 액터(Actor): 메시지를 받고 처리하는 독립된 단위
• 메일박스(Mailbox): 액터가 받은 메시지를 임시 저장하는 큐. 우편함처럼 메시지들이 순서대로 쌓이고, 액터는 하나씩 꺼내서 처리한다.
• 메시지(Message): 액터 간에 전달되는 정보나 요청. 일반적으로 불변(immutable) 객체로 만들어 안전성을 보장한다.
• 액터 시스템(Actor System): 여러 액터를 관리하고 실행하는 환경. 회사의 관리부서처럼 액터들의 생성, 소멸, 오류 처리 등을 담당한다.

장점

• 단순성: 복잡한 동시성을 단순한 메시지 전달 방식으로 구현 가능
• 안전성: 데이터 경쟁과 동기화 문제 해결
• 확장성: 시스템이 확장 가능하고, 고장에도 강한 구조 설계 가능
• 내결함성: 한 액터에 오류가 발생해도 다른 액터들은 계속 작업할 수 있다

실제 사용 사례

액터 모델은 다음과 같은 상황에서 특히 유용하다:

• 대용량 트래픽 처리: 웹 서버, 게임 서버
• 분산 시스템: 마이크로서비스 아키텍처
• 실시간 시스템: 채팅 서버, IoT 데이터 처리
• 금융 시스템: 거래 처리, 위험 관리

요약하면, 액터 모델은 독립적인 액터들이 비동기 메시지를 통해 상호작용하며, 상태를 직접 공유하지 않음으로써 동시성 문제를 효율적으로 해결하는 프로그래밍 패러다임이다. 마치 잘 조직된 회사에서 각 부서가 독립적으로 일하면서도 필요할 때 협력하는 것과 같다. 복잡한 병렬 처리와 분산 시스템 개발에 매우 적합하다.