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개발자

"파이썬 웹 개발의 미래" ASGI의 개념과 활용 방법

Serdar Yegulalp | InfoWorld 2022.07.18
오래전부터 파이썬 웹 애플리케이션은 웹 서버와 통신할 때 웹 서버 게이트웨이 인터페이스(WSGI) 표준을 따랐다. WSGI는 2003년에 처음 도입돼 2010년에 업데이트됐으며 파이썬 버전 2.2에서는 네이티브 기능을 이용해 쉽게 구현할 수 있게 됐다. 결과적으로 WSGI는 모든 주요 파이썬 웹 프레임워크에 빠르게 도입돼 파이썬을 사용한 웹 개발의 초석이 됐다.
 
ⓒ Getty Images Bank

시계를 다시 현재로 돌려보자. 파이썬 2는 폐기됐고(한참 늦었지만), 파이썬에는 이제 네트워크 호출과 같은 비동기 작업을 처리하기 위한 기본 구문이 있다. WSGI 및 기타 기본적으로 동기 동작을 전제하는 표준은 비동기의 성능이나 효율성이 떨어진다. 이는 곧 WSGI가 웹소켓과 같은 고급 프로토콜을 효과적으로 처리하지 못한다는 것을 의미한다.

그래서 나온 것인 ASGI, 즉 비동기 서버 게이트웨이 인터페이스다. ASGI는 WSGI와 마찬가지로 파이썬 웹 애플리케이션과 웹 서버 간의 공통적인 인터페이스를 기술한다. WSGI와 다른 점은 애플리케이션당 여러 개의 비동기 이벤트를 허용한다는 것이다. 또한 ASGI는 동기 앱과 비동기 앱을 모두 지원한다. ASGI를 사용해 새로운 비동기 웹 앱을 구축하는 것뿐만 아니라 오래된 동기 WSGI 웹 앱을 ASGI로 마이그레이션할 수도 있다.
 

WSGI의 작동 방식

WSGI는 보통 application 또는  app이라는 이름의 파이썬 함수를 웹 서버에 드러낸다. 이 함수는 다음의 두 매개변수를 받는다.
 
  • environ : 웹 서버가 제공한 환경 변수와 현재 요청에 대한 정보가 포함된 사전
  • start_response : 클라이언트로 HTTP 응답을 보내는 작업을 시작하는 데 사용하는 함수

함수가 반환하는 데이터가 응답 본문을 구성한다. 간단한 application 함수는 다음과 같은 형태다.
 

def application(environ, start_response):
    start_response('200 OK', [('Content-Type', 'text/plain')])
    return [b'Greetings universe']


플라스크(Flask)와 같은 WSGI 호환 웹 프레임워크를 사용하는 경우 프레임워크 자체가 application 함수를 제공하며 이 함수의 모든 구성요소가 자동으로 연결된다.

WSGI의 단점은 2가지다. 첫째, WSGI는 한 번에 하나의 요청과 응답만 처리하며 응답이 즉시 반환된다고 전제한다. 웹소켓 또는 롱 폴링 HTTP 연결과 같이 장시간 지속되는 연결을 처리할 방법이 없다. 둘째, WSGI는 동기 전용이다. 멀티스레드 연결 풀을 사용하더라도 응답이 반환될 때까지 각 연결이 차단된다. 많은 WSGI 설정에 스레드와 프로세스 풀을 처리할 수 있는 기능이 있지만 WSGI 인터페이스 자체가 동기적이라는 점에 의해 제한된다.
 

ASGI의 작동 방식

ASGI는 표면적으로는 WSGI와 비슷하다. WSGI와 마찬가지로 application 함수 객체를 정의한다. 다른 점은 async 함수이며 매개변수가 2개가 아닌 3개라는 것이다.
 
  • scope : 현재 요청에 대한 정보가 포함된 사전으로, WSGI의 environ과 비슷하지만 세부적인 명명 규칙이 약간 다르다.
  • send : 애플리케이션이 클라이언트로 메시지를 돌려보낼 수 있게 해주는 async callable(함수)이다.
  • receive : 애플리케이션이 클라이언트로부터 메시지를 수신할 수 있게 해주는 async callable이다.

간단한 application 함수는 다음과 같은 형태다.
 

 async def application(scope, receive, send):
    await send({
        'type': 'http.response.start',
        'status': 200,
        'headers': [
            [b'content-type', b'text/plain'],
        ],
    })

    await send({
        'type': 'http.response.body',
        'body': b'Hello, world!',
    })


WSGI 웹 프레임워크와 마찬가지로 ASGI 웹 프레임워크는 자체 application() 함수를 만들어 필요에 따라 연결한다.

ASGI의 가장 큰 특징은 함수 전반에서 비동기 메타포를 사용한다는 것이다. 함수 자체는 async이며 HTTP 헤더와 응답 본문을 별도의 두 가지 await send() 명령으로 보낸다. 따라서 함수 자체와 이 함수의 send 명령은 아무것도 차단하지 않는다. 즉, 다른 많은 연결의 application 및 send 호출과 동시에 교차가 가능하다.

앞선 예제에서는 receive를 사용하지 않지만 이것도 async 함수다. 다른 작업을 차단하지 않고도 요청 본문을 받을 수 있다. 이 방법으로 요청과 응답을 증분적으로 서버에서 송수신할 수 있다. WSGI에서는 매끄럽게 하기 어렵거나 아예 불가능했다.
 

ASGI에서 동기 및 비동기 함수 사용하기

ASGI를 사용할 때 async 함수와 최대한 비동기 친화적인 라이브러리를 사용하는 것이 좋다. async를 사용하는 습관을 들이면 상당한 효과를 볼 수 있다. 동기 전용 코드를 사용해 문제를 해결하기 어렵기 때문이다. 동기 전용 함수에 대한 장기 실행 호출은 전체 호출 체인을 차단하므로 비동기 사용의 장점이 모두 사라진다.

장기 실행 동기 호출을 쓸 수밖에 없는 상황이라면 asyncio.run_in_executor를 사용해 스레드 또는 프로세스 풀에 대한 호출을 맡긴다. 스레드 풀은 CPU 사용량이 많지 않은 외부 이벤트 또는 작업을 기다릴 때 사용해야 하고 프로세스 풀은 CPU 사용량이 많은 로컬 작업에 사용해야 한다.

예를 들어 웹 애플리케이션에 원격 웹사이트를 호출하는 루트(route)가 있는 경우 스레드를 사용해야 한다. 더 좋은 방법은 비동기 HTTP 요청을 수행하는 aiohttp 라이브러리를 사용하는 것이다. 이미지 크기 조절을 위해 필로우(Pillow) 이미지 라이브러리를 호출하려는 경우 run_in_executor를 프로세스 풀과 함께 사용해야 한다. 프로세스 간에 데이터를 주고받는 약간의 오버헤드가 있지만 run_in_executor는 다른 이벤트를 차단하지 않는다.
 

ASGI를 지원하는 웹 프레임워크

application() 객체를 구현하는 “수동 방법”으로 ASGI 웹 앱을 만들 수 있다. 그러나 대부분의 경우 비동기 네이티브 ASGI 중심 파이썬 웹 프레임워크를 사용하는 편이 더 간편하고 수월하다. ASGI와 잘 어울리는 대표적인 웹 프레임워크는 다음과 같다.
 
  • 스탈렛(Starlette)과 패스트API(FastAPI) : 최근 주목받는 프레임워크이며(패스트API스탈렛을 기반으로 함) 둘 다 비동기 우선이므로 ASGI를 지원한다. 파이썬을 위한 가장 현대적인 최첨단 웹 프레임워크다.
  • 쿼트(Quart) : 대표적인 파이썬 웹 프레임워크 플라스크도 ASGI를 지원하지만, 플라스크는 처음부터 철저히 비동기 메타포를 활용하도록 설계된 것은 아니다. 깃랩(GitLab)의 쿼트는 플라스크의 구문과 메타포를 사용하지만 비동기 루트 핸들러를 허용한다.
  • 장고(Django) 3.0 이상 : 장고 웹 프레임워크는 버전 3.0부터 ASGI를 지원한다. 단순히 ASGI 핸들러에 장고를 마운트할 수 있는 기능이 아닌, 장고 애플리케이션 내의 비동기 코드에 대한 지원은 장고 3.1에 추가됐다. 실행 속도 측면에서 아쉬움이 있는 프레임워크임을 감안하면 비동기의 존재만으로 이 프레임워크를 선택하면 더 높은 성능을 얻을 수 있다.

editor@itworld.co.kr
 Tags ASGI 파이썬 WSGI
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