5. 채널과 메시지 패싱 🟢

학습 목표:

• std::sync::mpsc의 기초와 crossbeam-channel로 전환해야 하는 시점을 이해합니다.
• 여러 소스의 메시지를 대기하는 select! 매크로 사용법을 익힙니다.
• 유한(Bounded) vs 무한(Unbounded) 채널의 차이와 백프레셔(Backpressure) 전략을 배웁니다.
• 가변 상태를 안전하게 캡슐화하는 액터(Actor) 패턴을 학습합니다.

std::sync::mpsc — 표준 라이브러리 채널

Rust 표준 라이브러리는 여러 생산자(Multi-producer), 단일 소비자(Single-consumer) 구조의 채널을 제공합니다.

use std::sync::mpsc;
use std::thread;

fn main() {
    // 송신기(tx)와 수신기(rx) 쌍 생성
    let (tx, rx) = mpsc::channel();

    // 두 개의 생산자 스레드 스폰
    for i in 0..2 {
        let tx = tx.clone(); // 송신기를 복제로 여러 스레드에 전달
        thread::spawn(move || {
            tx.send(format!("생산자 {}의 메시지", i)).unwrap();
        });
    }

    // 소비자: 모든 송신기가 드롭될 때까지 메시지 수신
    for msg in rx {
        println!("수신: {msg}");
    }
}

주요 특징:

• 기본적으로 무한(Unbounded): 소비자가 느리면 메모리가 계속 차오를 위험이 있습니다.
• 백프레셔 지원: mpsc::sync_channel(N)은 크기가 고정된 채널을 만들어, 채널이 가득 차면 생산자를 블록(Block)시킵니다.

crossbeam-channel — 실무용 워크호스

실제 운영 환경에서는 표준 라이브러리보다 더 빠르고 기능이 많은 crossbeam-channel이 사실상의 표준으로 쓰입니다. 특히 여러 소비자(MPMC)를 지원하는 것이 큰 장점입니다.

#![allow(unused)]
fn main() {
// Bounded MPMC 채널 (용량 100)
let (tx, rx) = crossbeam_channel::bounded::<String>(100);

// 송신기와 수신기를 모두 .clone() 하여 여러 스레드에서 공유 가능
let tx2 = tx.clone();
let rx2 = rx.clone();
}

채널 선택 (select!)

Go 언어의 select와 유사하게, 여러 채널 중 하나라도 메시지가 준비되면 즉시 처리하도록 로직을 짤 수 있습니다.

#![allow(unused)]
fn main() {
loop {
    select! {
        recv(worker_rx) -> msg => println!("작업 처리 중: {:?}", msg),
        recv(ticker) -> _ => println!("1초 경과 (하트비트)"),
        recv(deadline) -> _ => {
            println!("타임아웃 — 종료");
            break;
        }
    }
}
}

Go 언어와의 비교: crossbeam의 select! 매크로는 특정 채널의 기아 상태(Starvation)를 방지하기 위해 Go처럼 무작위 순서로 채널을 검사합니다.

유한(Bounded) vs 무한(Unbounded) 채널

채널을 활용한 액터(Actor) 패턴

액터 패턴은 공유되는 가변 상태를 뮤텍스 없이 관리하는 훌륭한 방법입니다. 메시지 전송을 통해 순차적으로 상태를 변경하므로 경쟁 조건(Race condition)이 발생하지 않습니다.

#![allow(unused)]
fn main() {
// Counter에 대한 접근을 메시지로 직렬화(Serialize)
enum CounterMsg {
    Increment,
    Get(mpsc::Sender<i64>), // 결과를 돌려받을 채널 포함
}

// 스레드 여러 개가 하나의 Counter 핸들에 메시지를 보내면, 
// 액터 내부 루프가 하나씩 차례로 처리합니다.
}

뮤텍스 vs 액터: 작업 시간이 길거나 잠금 순서(Lock ordering)를 고민하기 싫을 때 액터 패턴이 빛을 발합니다. 단순한 상태 변경은 뮤텍스가 더 효율적일 수 있습니다.

📝 연습 문제: 채널 기반 워크 풀(Worker Pool) ★★★ (~45분)

채널을 사용하여 다음 기능을 구현해 보세요:

• 디스패처가 작업을 채널로 보냅니다.
• N개의 워커(Worker) 스레드가 작업을 수신하여 처리하고 결과를 별도 채널로 보냅니다.
• Arc<Mutex<Receiver>>를 사용하여 워커 간의 작업 훔치기(Work-stealing)를 구현해 보세요.

📌 요약

• **crossbeam-channel**은 표준 라이브러리보다 강력하며 멀티 소비자(MPMC)를 지원합니다.
• select! 매크로를 통해 복잡한 폴링 로직을 선언적인 채널 선택으로 바꿀 수 있습니다.
• 운영 서버에서는 메모리 안전을 위해 항상 유한(Bounded) 채널을 먼저 고려하세요.