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Effect 시스템 심층 분석: 모나드에서 Algebraic Effects까지, 그리고 Effect-TS의 선택
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yceffort

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서론

프로그램은 순수한 계산만으로는 쓸모없다. 네트워크 요청, 파일 읽기, 데이터베이스 쿼리, 로깅 — 모두 side effect다. 문제는 side effect가 프로그램의 추론을 어렵게 만든다는 것이다. 같은 함수를 같은 인자로 호출해도 네트워크 상태에 따라 결과가 달라지고, 에러가 발생하는 위치와 종류를 타입 시그니처만으로는 알 수 없다. 다음 코드를 살펴보자.

// 이 함수가 어떤 side effect를 가지는지, 어떤 에러를 던지는지는 함수 밖에서 알 수 없다
async function getUser(id: string): Promise<User> {
  const res = await fetch(`/api/users/${id}`)
  if (!res.ok) throw new Error('HTTP error')
  return res.json()
}

"side effect를 타입 시스템으로 추적할 수 있으면 어떨까?" 이 질문에 대한 학계와 업계의 30년에 걸친 탐구가 이 글의 주제다. Moggi의 모나드에서 시작해, Plotkin과 Pretnar의 algebraic effect handler를 거쳐, TypeScript 생태계에서 Effect-TS가 어떤 현실적 타협을 했는지 살펴본다.

Effect 시스템의 학술적 기원

"side effect를 타입으로 추적한다"는 아이디어는 하루아침에 나온 것이 아니다. 1991년부터 2009년까지, 약 20년에 걸친 학술 연구의 축적이 있었다.

Moggi (1991): 모나드로 계산을 모델링하다

1991년, Eugenio Moggi는 "Notions of Computation and Monads"라는 논문에서 혁신적인 관찰을 한다. side effect가 있는 계산을 모나드(monad)라는 수학적 구조로 모델링할 수 있다는 것이다.

핵심 아이디어는 이렇다. 순수 함수 A → B는 "A를 받아 B를 반환한다"는 의미다. 여기에 side effect를 추가하면 A → T(B)가 된다. T가 모나드이고, "B를 반환하긴 하는데, 그 과정에서 뭔가(effect)가 일어난다"는 것을 타입으로 표현한 것이다.

이 T에 무엇을 넣느냐에 따라 다양한 effect를 표현할 수 있다.

  • T(B) = B | Error → 예외가 발생할 수 있는 계산
  • T(B) = State → (B, State) → 상태를 변경하는 계산
  • T(B) = List<B> → 비결정적 계산 (여러 결과 가능)
  • T(B) = IO<B> → 외부 세계와 상호작용하는 계산

Haskell의 IO 모나드가 바로 이 아이디어의 직접적 산물이다. 하지만 모나드에는 근본적인 문제가 있었다. 서로 다른 모나드를 합성하기가 어렵다. "예외가 발생할 수 있고 상태도 변경하는 계산"을 표현하려면 EitherT[StateT[IO, S, _], E, A] 같은 모나드 변환자(Monad Transformer) 스택을 쌓아야 했고, 이는 타입 추론을 망가뜨리고 성능을 저하시켰다.

Plotkin & Power (2002): 모나드를 분해하다

Plotkin과 Power는 다른 관점을 제시했다. 모나드를 통째로 다루는 대신, 모나드를 개별 연산(operation)으로 분해할 수 있다는 것이다. 예를 들어, State 모나드는 get과 put 두 연산으로 분해되고, Exception 모나드는 raise 연산으로 분해된다. 이 연산들을 "algebraic operation"이라 불렀다. "algebraic"이라는 이름은, 이 연산들이 대수학(algebra)에서의 연산처럼 일정한 법칙을 따르며 자유롭게 조합할 수 있다는 데서 붙었다. 따라서 **algebraic effect(대수적 효과)**란 "대수적 연산으로 분해할 수 있는 side effect"라는 뜻이다.

이 관찰이 중요한 이유는 합성 문제를 해결했기 때문이다. 모나드를 통째로 합성하는 건 어렵지만, 개별 연산들은 자유롭게 조합할 수 있다. "이 계산은 get, put, raise를 사용한다"라고 필요한 연산들을 나열하기만 하면, 그 연산들의 집합이 곧 이 계산의 effect 타입이 된다. 모나드 변환자 스택을 쌓을 필요 없이, 연산을 추가하고 싶으면 집합에 하나 더 넣으면 그만이다.

Plotkin & Pretnar (2009): Algebraic Effect Handler의 탄생

2009년, Plotkin과 Pretnar는 "Handlers of Algebraic Effects"를 발표한다. 이 논문의 핵심 기여는 exception handler를 일반화한 effect handler 개념이다.

전통적인 exception handling을 생각해보자.

try {
  // 예외가 발생할 수 있는 코드
  throw new Error('실패')
} catch (e) {
  // 예외를 처리하지만, 원래 위치로 돌아갈 수 없다
}

throw는 스택을 풀어버린다. 한 번 예외가 발생하면, 예외가 발생한 지점으로 돌아가 실행을 계속할 수 없다. Plotkin과 Pretnar의 effect handler는 이 제약을 깬다. handler가 continuation을 받아서, 값을 돌려보내 원래 위치에서 실행을 재개할 수 있다. 이것이 "resumable exception"이다.

여기서 continuation(계속, 연속)이란 "중단된 지점 이후에 남은 계산"을 가리킨다. 예를 들어 let name = perform Ask; "Hello, " + name에서 perform Ask가 실행을 중단시키면, 그 이후에 남은 계산인 name을 받아서 "Hello, " + name을 반환하는 것이 continuation이다. handler는 이 continuation을 값과 함께 호출해서 중단된 지점부터 실행을 이어갈 수 있다.

의사 코드(pseudocode)로 표현하면 이렇다.

function getName() {
  // perform: 이펙트를 발생시킨다. throw와 비슷하지만 돌아올 수 있다.
  let name = perform 'askName'
  return "Hello, " + name
}

// handle: 이펙트를 처리한다. catch와 비슷하지만 resume할 수 있다.
try {
  getName()
} handle (effect) {
  if (effect === 'askName') {
    resume with "World"  // getName()의 name에 "World"가 들어가고 실행 계속
  }
}
// 결과: "Hello, World"

perform은 throw처럼 제어를 handler에게 넘기지만, resume with로 값을 돌려보내 중단된 지점에서 실행을 재개할 수 있다. 이것이 try-catch와의 결정적 차이다.

Dan Abramov가 "Algebraic Effects for the Rest of Us"에서 설명한 것처럼, 이 메커니즘의 핵심 이점은 중간 함수가 effect를 인식할 필요가 없다는 것이다. getName()을 호출하는 코드와 askName 이펙트를 처리하는 코드 사이에 아무리 많은 함수가 있어도, 중간 함수들은 변경 없이 그대로 둘 수 있다. async/await처럼 모든 중간 함수에 async를 붙여야 하는 "function coloring" 문제가 발생하지 않는다. Function coloring이란 "함수가 두 가지 색(종류)으로 나뉘어, 한 색의 함수를 호출하려면 호출하는 쪽도 같은 색이어야 하는" 문제를 말한다. async 함수를 호출하려면 호출하는 쪽도 async여야 하는 것이 대표적인 예다.

실제 구현: Koka, Eff, OCaml 5

이 이론은 여러 프로그래밍 언어에서 실제로 구현되었다.

Koka (Microsoft Research): Daan Leijen이 설계한 언어로, algebraic effect를 핵심 기능으로 내장한다. 모든 함수의 effect가 row-polymorphic(행 다형성) 타입으로 추적된다. row-polymorphic이란 "effect의 목록이 유연하게 확장 가능하다"는 뜻으로, 함수가 사용하는 effect만 타입에 나열하고 나머지는 열어둘 수 있다. 예를 들어 fun foo(): <exn, io> int는 "이 함수는 예외를 던질 수 있고(exn), I/O를 수행하며(io), int를 반환한다"는 뜻이다. 이 effect 타입들은 모나드 변환자 스택 없이 자유롭게 합성된다.

OCaml 5: 2022년 릴리스된 OCaml 5는 multicore 지원과 함께 effect handler를 언어에 추가했다. perform으로 effect를 발생시키고, handler에서 continue k value로 continuation을 resume한다. 다만 single-shot continuation(일회용 continuation)만 지원한다 — 한 번 resume하면 같은 continuation을 다시 사용할 수 없다는 제약이 있지만, 이 덕분에 mutable 데이터와의 상호작용이 예측 가능하고 성능도 좋다.

앞서 본 의사코드와 동일한 동작을 OCaml 5 문법으로 작성하면 이렇다.

(* "문자열을 반환하는 Ask라는 effect가 있다"고 선언 *)
effect Ask : string

(* greet 함수: Ask effect를 발생시키고, 돌아온 값으로 인사말을 만든다 *)
let greet () =
  let name = perform Ask in  (* perform = 앞의 의사코드에서 perform과 동일 *)
  "Hello, " ^ name            (* ^는 문자열 연결 연산자 *)

(* handler: greet()를 실행하되, Ask effect가 발생하면 "World"를 돌려보낸다 *)
let result =
  match_with greet ()
  { effc = fun (type a) (eff : a Effect.t) ->
      match eff with
      | Ask -> Some (fun (k : (a, _) continuation) ->
          continue k "World")  (* continue = 의사코드의 resume with *)
      | _ -> None }
(* result = "Hello, World" *)

perform Ask가 실행되면 handler에게 제어가 넘어가고, handler가 continue k "World"로 "World"를 돌려보내면 name에 "World"가 들어가 실행이 재개된다.

이들의 공통점은 언어 런타임이 continuation을 지원한다는 것이다. perform이 호출되면 런타임이 현재 실행 상태(continuation)를 캡처하고, handler가 이를 resume할 수 있게 한다. 이 메커니즘은 언어 수준의 지원 없이는 구현할 수 없다.

Effect-TS는 Algebraic Effect가 아니다

이 지점에서 중요한 구분이 필요하다. Effect-TS는 algebraic effect를 구현한 것이 아니다. 모나드 기반으로 effect 추적을 시뮬레이션하는 것이다.

근본적 차이

관점진짜 Algebraic Effects (Koka, OCaml 5)Effect-TS
기반 메커니즘런타임 continuation 캡처모나드 flatMap 체이닝
effect 발생perform (런타임이 처리)Effect.fail, yield* (타입 수준 추적)
handler의 resumecontinuation을 resume할 수 있음불가능 — 에러를 잡거나 변환만 가능
function coloring없음 — 일반 함수에서 effect 발생 가능있음 — effectful 함수는 Effect<A, E, R> 반환 필수
중간 함수 영향변경 불필요모든 중간 함수가 Effect 체인에 참여해야 함

가장 큰 차이는 resumption(실행 재개) 불가다. Algebraic effect handler는 effect가 발생한 지점으로 값을 돌려보내 실행을 재개할 수 있다. Effect-TS에서는 이것이 불가능하다. catchTag로 에러를 잡아 다른 값으로 대체할 수는 있지만, 에러가 발생한 바로 그 지점으로 돌아가 계속 실행하는 것은 할 수 없다.

function coloring 문제도 존재한다. async/await에서 async 함수를 호출하려면 호출하는 쪽도 async여야 하듯, Effect-TS에서 Effect<A, E, R>를 반환하는 함수를 호출하려면 호출하는 쪽도 Effect 체인 안에 있어야 한다.

// Effect-TS: function coloring이 존재한다
const getUser = (id: string): Effect.Effect<User, NotFoundError> => /* ... */

// 이 함수를 호출하려면 호출하는 쪽도 Effect 안에 있어야 한다
const program = Effect.gen(function* () {
  const user = yield* getUser('123')  // Effect 체인 안에서만 호출 가능
  return user.name
})

// 일반 함수에서는 직접 호출할 수 없다
function getName(id: string): string {
  const user = getUser(id) // ← 이건 Effect 객체지, User가 아니다
  return user.name         // 타입 에러
}

왜 모나드 기반인가

TypeScript(JavaScript)에는 algebraic effect를 구현하기 위한 런타임 기능이 없다. perform이 호출됐을 때 현재 실행 상태(continuation)를 캡처하고, 나중에 resume하는 메커니즘이 언어에 존재하지 않는다.

JavaScript의 Generator(function*)가 어느 정도 continuation의 역할을 하긴 한다. yield로 실행을 중단하고 .next(value)로 재개할 수 있으니까. 하지만 Generator는 single-frame continuation일 뿐, 전체 콜 스택을 캡처하지 못한다. Generator 안에서 호출한 일반 함수 내부에서 yield를 할 수 없다는 것이다. 이것이 바로 "function coloring"이 발생하는 원인이다.

Effect-TS는 이 제약 안에서 최대한의 효과를 끌어낸다. flatMap(이전 계산의 결과를 받아 다음 계산을 반환하는 연산 — Array.flatMap과 같은 원리지만, 배열 대신 Effect를 이어붙인다) 체이닝으로 계산을 연결하고, Effect<A, E, R> 타입의 세 파라미터로 성공 값, 에러, 의존성을 추적한다. Algebraic effect의 perform/handle/resume 메커니즘은 아니지만, "이 계산이 어떤 effect를 가지는가"를 타입으로 추적한다는 핵심 아이디어는 공유한다.

ZIO에서 Effect-TS로: 모나드 기반 접근의 진화

Algebraic effect가 언어 런타임 지원을 필요로 한다면, 런타임 지원이 없는 언어에서는 어떻게 해야 할까. Scala의 ZIO가 먼저 답을 내놨고, Effect-TS는 그 답을 TypeScript로 가져왔다.

ZIO의 설계 결정

2018년, Scala 생태계의 John De Goes는 모나드 변환자의 실질적 한계에 부딪혔다. EitherT[Future, Error, A] 같은 타입 스택은 추론을 망가뜨렸고, 일반 개발자에게 설명하기 어려웠다.

De Goes의 해법은 세 가지 타입 파라미터를 가진 단일 모나드 ZIO[R, E, A]였다.

// R = 필요한 환경(의존성), E = 실패 타입, A = 성공 타입
ZIO[UserRepository, NotFoundError, User]

모나드 변환자 스택 대신, 하나의 타입에 세 가지 관심사를 담았다.

  • A (성공): 계산이 성공하면 반환하는 값
  • E (에러): 발생 가능한 에러 — Throwable 고정이 아니라 제네릭. 컴파일 타임에 어떤 에러가 가능한지 추적된다.
  • R (환경): 이 계산을 실행하기 위해 필요한 서비스들. 반변성(contravariance)을 이용해 여러 이펙트의 의존성을 컴파일러가 자동으로 합집합한다. 반변성이란 "소비하는 쪽의 타입은 합쳐질 때 합집합이 된다"는 타입 이론의 성질이다. R은 이펙트가 "요구하는(소비하는)" 의존성이므로, 두 이펙트를 합성하면 R이 자동으로 R1 | R2가 된다.

Haskell의 관습도 버렸다. pure 대신 ZIO.succeed, >>= 대신 for comprehension(Scala의 async/await에 해당하는 문법). "모나드를 알아야 쓸 수 있는 라이브러리"가 아니라, "모나드를 몰라도 쓸 수 있는 라이브러리"를 지향한 것이다.

TS+ 컴파일러 포크의 실패

Effect-TS가 ZIO를 TypeScript로 이식하는 과정에서, TS+(ts-plus)라는 실험적 TypeScript 컴파일러 포크가 시도되었다. 파이프 연산자, 연산자 오버로딩, 향상된 Do 문법 등을 TypeScript에 추가하려는 프로젝트였다.

실패 원인은 기술적이면서도 생태계적이었다.

tsc의 아키텍처 한계: 현대 빌드 도구(Next.js, Vite, esbuild)는 병렬 컴파일로 속도를 달성한다. TypeScript 컴파일러의 단일 스레드 아키텍처는 이 패러다임과 맞지 않았고, TS+ 포크는 HMR 환경에서 개발 속도를 오히려 악화시켰다.

도구 생태계와의 충돌: ESLint, Prettier 같은 도구와의 호환성은 유지했지만, Next.js나 Vite의 빌드 파이프라인에 끼어들 수 없었다. 커스텀 컴파일러를 도입하는 비용이 얻는 편의를 압도한 것이다.

이 경험에서 얻은 교훈은 명확했다. 컴파일러를 건드리지 말고, 순수 라이브러리로 해결하자. 현재의 Effect-TS는 별도의 컴파일러나 빌드 도구 없이, TypeScript의 타입 시스템만으로 동작한다.

Effect-TS의 Effect<A, E, R>

Effect-TS는 ZIO의 ZIO[R, E, A]를 TypeScript에 맞게 재설계했다. 파라미터 순서가 Effect<A, E, R>로 바뀌었는데(성공 타입이 먼저), 이는 TypeScript의 제네릭 기본값 문법 때문이다. E와 R의 기본값을 never로 설정하면, 에러나 의존성이 없는 단순한 이펙트를 Effect<number>처럼 간결하게 쓸 수 있다.

import {Effect, Data, Context} from 'effect'

// 에러 정의 — _tag 필드로 discriminated union 구성
class NotFoundError extends Data.TaggedError('NotFoundError')<{
  readonly id: string
}> {}

class NetworkError extends Data.TaggedError('NetworkError')<{
  readonly cause: unknown
}> {}

// 서비스 인터페이스 정의
class UserRepository extends Context.Tag('UserRepository')<
  UserRepository,
  {
    readonly findById: (id: string) => Effect.Effect<User, NotFoundError>
  }
>() {}

// 이 함수의 타입이 모든 것을 말해준다:
// "UserRepository가 필요하고, NotFoundError 또는 NetworkError가 발생할 수 있고, 성공하면 User를 반환한다"
const getUser = (
  id: string,
): Effect.Effect<User, NotFoundError | NetworkError, UserRepository> =>
  Effect.gen(function* () {
    const repo = yield* UserRepository
    return yield* repo.findById(id)
  })

Effect.gen의 내부: Generator로 do-notation 구현하기

Effect.gen은 Effect-TS에서 가장 많이 쓰이는 API다. async/await처럼 생긴 코드를 쓸 수 있게 해주는데, 내부적으로는 상당히 흥미로운 트릭을 사용한다.

왜 yield*인가

yield가 아니라 yield*를 쓰는 이유가 있다. JavaScript의 yield*는 다른 iterable/generator에게 **위임(delegation)**하는 연산자다. yield가 단일 값을 외부로 전달하는 것과 달리, yield*는 내부 generator의 모든 yield를 외부로 전파하고, 내부 generator의 return 값을 표현식의 결과로 받을 수 있다.

function* inner() {
  yield 1
  yield 2
  return 42 // ← 이 값이 yield*의 결과가 된다
}

function* outer() {
  const result = yield* inner()
  // result === 42
}

Effect-TS는 이 메커니즘을 활용한다. 모든 Effect 객체는 Symbol.iterator를 구현하고 있어서 yield*의 대상이 될 수 있다. 핵심은 Effect의 iterator 구현이 자기 자신을 yield한 뒤, 주입받은 값을 return하는 구조라는 점이다.

// Effect 객체의 Symbol.iterator 구현을 단순화하면 이런 구조다
class EffectImpl<A, E, R> {
  *[Symbol.iterator]() {
    // 1. 자기 자신(Effect 객체)을 yield → gen 런타임에 전달
    // 2. 런타임이 이 Effect를 실행한 뒤 .next(result)로 결과를 주입
    // 3. 주입받은 값을 return → yield*의 결과값이 됨
    return (yield this) as A
  }
}

yield* getUser(id)가 실행되면 이런 일이 벌어진다.

  1. getUser(id)가 반환한 Effect 객체의 [Symbol.iterator]()가 호출된다.
  2. 내부 generator가 yield this를 실행 — Effect 객체 자체가 Effect.gen 런타임으로 전달된다.
  3. 런타임이 이 Effect를 실행하고, 결과를 .next(result)로 내부 generator에 주입한다.
  4. 내부 generator가 return result — 이 값이 yield*의 평가 결과가 되어 const user에 들어간다.

결국 yield this → .next(result) → return result라는 세 단계를 통해, Effect 객체의 "실행"과 "결과 주입"이 generator 프로토콜 안에서 깔끔하게 이루어진다. Effect.gen 런타임은 이 과정을 반복하는 루프다.

// Effect.gen 런타임의 핵심 루프를 단순화하면 이렇다
function runGen(genFn) {
  const gen = genFn()
  let result = gen.next()

  while (!result.done) {
    const effect = result.value  // yield된 Effect 객체
    const value = runEffect(effect)  // Effect 실행
    result = gen.next(value)  // 결과를 generator에 주입, 다음 yield로 진행
  }

  return result.value  // generator의 return 값 = 최종 성공 값
}

코드상으로는 마치 동기적으로 값을 꺼내는 것처럼 보이지만, 실제로는 런타임이 generator 프로토콜을 통해 Effect를 하나씩 받아 실행하고 결과를 되돌려주는 루프가 돌고 있다.

타입 추론의 핵심

yield*가 Effect 객체를 런타임에 넘길 때, 각 Effect가 가진 에러 타입(E)과 의존성 타입(R) 정보도 함께 전파된다. Effect.gen은 generator 안에서 yield*된 모든 Effect의 E와 R을 모아서, 최종 Effect의 에러 타입과 의존성 타입을 자동으로 추론한다. generator의 return 값이 최종 Effect의 성공 타입 A가 된다.

결과적으로, 별도의 타입 어노테이션 없이도 전체 파이프라인의 타입이 정확하게 추론된다.

제약: single-shot

이 방식에는 중요한 제약이 있다. JavaScript의 Generator는 한 번만 순회할 수 있다. iterator가 진행하면 되돌릴 수 없다. 이 때문에 Effect.gen은 single-shot effect(하나의 결과를 반환하는 Effect)에만 사용할 수 있고, Stream 같은 multi-shot effect에는 쓸 수 없다. Stream을 처리하려면 pipe와 전용 연산자를 사용해야 한다.

Effect-TS가 해결하려는 문제

이론적 배경을 살펴봤으니, 이제 Effect-TS가 실질적으로 어떤 문제를 해결하는지 구체적으로 짚어보자. Promise 기반 코드에서 반복적으로 마주치는 문제들이 Effect-TS의 설계 동기다.

에러 타입의 소실

Promise의 에러는 unknown이다. catch 블록에서 에러의 타입을 알 수 없고, 어떤 에러가 발생할 수 있는지 함수 시그니처에 드러나지 않는다.

// Promise: 어떤 에러가 발생하는지 타입에 없다
async function getUser(id: string): Promise<User> {
  const res = await fetch(`/api/users/${id}`)
  if (res.status === 404) throw new NotFoundError(id)
  if (!res.ok) throw new NetworkError(res.statusText)
  return res.json()
}

// 호출하는 쪽에서 어떤 에러를 처리해야 하는지 알 수 없다
try {
  const user = await getUser('123')
} catch (e) {
  // e는 unknown — NotFoundError? NetworkError? TypeError?
}

에러가 unknown이므로 팀 전체가 "이 함수는 이런 에러를 던진다"는 암묵적 규약에 의존하게 된다. 코드가 바뀌면 규약도 바뀌지만, 컴파일러가 알려주지 않는다.

암묵적 의존성

함수가 어떤 외부 서비스에 의존하는지 시그니처에 나타나지 않는다.

// 이 함수는 DB, Redis, Logger에 의존하지만 시그니처에 없다
async function processOrder(order: Order): Promise<void> {
  const user = await db.findUser(order.userId) // DB 의존
  await redis.set(`order:${order.id}`, order) // Redis 의존
  logger.info('Order processed', {orderId: order.id}) // Logger 의존
  await emailService.send(user.email, 'Order confirmed') // Email 의존
}

테스트에서 이 함수를 호출하려면 db, redis, logger, emailService를 모킹해야 하는데, 함수 시그니처만 보고는 무엇을 모킹해야 하는지 알 수 없다. 함수 본문을 읽어야 한다.

리소스 누수

데이터베이스 커넥션, 파일 핸들 같은 리소스는 반드시 해제해야 한다. try-finally로 처리하지만, 여러 리소스가 중첩되면 보일러플레이트가 폭발한다.

// 리소스가 늘어날수록 try-finally 중첩이 깊어진다
const conn = await pool.connect()
try {
  const file = await fs.open('/tmp/export.csv', 'w')
  try {
    await exportData(conn, file)
  } finally {
    await file.close()
  }
} finally {
  conn.release()
}

에러가 finally 안에서 발생하면 원래 에러가 삼켜지는 문제도 있다.

동시성 관리의 어려움

Promise.all로 병렬 실행할 수 있지만, 하나가 실패했을 때 나머지를 취소하는 것은 직접 구현해야 한다. AbortController를 수동으로 관리하는 코드는 읽기 어렵고 누락하기 쉽다.

Effect-TS는 이 네 가지 문제를 Effect<A, E, R> 타입 하나로 해결한다. 이제부터 각각을 어떻게 해결하는지 구체적으로 살펴보자.

Effect-TS의 핵심 기능

앞서 Effect-TS가 해결하려는 문제를 봤다면, 이제 실제로 어떻게 해결하는지 하나씩 살펴보자. 에러 처리, 의존성 주입, 리소스 관리, 동시성까지 — 각 기능이 왜 그렇게 설계되었는지에 초점을 맞춘다.

pipe와 Effect.gen: 두 가지 코드 스타일

Effect-TS에서 코드를 작성하는 방법은 크게 두 가지다.

pipe 스타일: 함수 합성 기반. 데이터 변환이 주된 로직일 때 간결하다.

import {Effect, pipe} from 'effect'

const program = pipe(
  Effect.succeed(5),
  Effect.map((n) => n * 2),
  Effect.flatMap((n) => (n > 0 ? Effect.succeed(n) : Effect.fail('negative'))),
  Effect.catchAll((e) => Effect.succeed(0)),
)

gen 스타일: async/await와 유사한 형태. 분기, 반복, 중간 변수가 필요한 복잡한 로직에서 가독성이 좋다.

const program = Effect.gen(function* () {
  const n = yield* Effect.succeed(5)
  const doubled = n * 2
  if (doubled <= 0) {
    return yield* Effect.fail('negative')
  }
  return doubled
})

두 스타일은 혼용할 수 있다. 실무에서는 비즈니스 로직을 Effect.gen으로 작성하고, 에러 처리나 재시도 같은 횡단 관심사를 pipe로 붙이는 패턴이 흔하다.

const handled = pipe(
  getUser('123'),
  Effect.retry(Schedule.exponential('100 millis')),
  Effect.catchTag('NotFoundError', () => Effect.succeed(defaultUser)),
  Effect.timeout('5 seconds'),
)

구조화된 에러: Expected Error와 Defect

Effect는 에러를 두 종류로 구분한다. 이 구분은 단순한 관례가 아니라 타입 시스템에 내장되어 있다.

Expected Error (E 채널): Effect.fail로 생성하는 비즈니스 에러다. "사용자를 찾을 수 없음", "결제 실패" 같은 예상 가능한 실패를 타입으로 추적한다.

Defect: Effect.die로 생성하거나, 잡히지 않은 예외. 0으로 나누기, null 참조 같은 프로그래밍 버그다. E 타입에 나타나지 않으며 기본적으로 프로그램을 중단시킨다. Java의 checked vs unchecked exception과 유사한 구분이지만, union 타입 덕분에 checked exception의 "선언부 비대화" 문제가 발생하지 않는다.

에러 정의에는 Data.TaggedError를 쓴다. _tag 필드가 자동으로 추가되어 discriminated union(판별 유니온 — 공통 필드 값으로 타입을 구분하는 패턴)을 구성한다.

import {Data} from 'effect'

class NotFoundError extends Data.TaggedError('NotFoundError')<{
  readonly id: string
}> {}

class NetworkError extends Data.TaggedError('NetworkError')<{
  readonly cause: unknown
}> {}

class ValidationError extends Data.TaggedError('ValidationError')<{
  readonly field: string
  readonly message: string
}> {}

에러 처리의 핵심은 catchTag와 catchTags다. 특정 에러만 선택적으로 처리하면, 처리한 에러가 타입에서 제거된다.

// getUser의 타입: Effect<User, NotFoundError | NetworkError | ValidationError>

// catchTag: 특정 에러 하나를 처리
const withFallback = pipe(
  getUser('123'),
  Effect.catchTag('NotFoundError', (e) => Effect.succeed(defaultUser)),
)
// 타입: Effect<User, NetworkError | ValidationError>
// NotFoundError만 처리했으므로 나머지 에러는 그대로 남아있다

// catchTags: 여러 에러를 한 번에 처리
const withAllHandled = pipe(
  getUser('123'),
  Effect.catchTags({
    NotFoundError: (e) => Effect.succeed(defaultUser),
    NetworkError: () => Effect.retry(getUser('123'), Schedule.recurs(3)),
    ValidationError: (e) => Effect.fail(new BadRequestError({field: e.field})),
  }),
)
// 타입: Effect<User, BadRequestError>
// 원래의 세 에러가 모두 처리되고, 새로운 에러 하나로 변환됨

mapError로 에러를 변환할 수도 있다. 하위 모듈의 세부 에러를 상위 모듈의 추상 에러로 감싸는 패턴이 대표적이다.

// 하위 모듈의 세부 에러를 상위 모듈 에러로 변환
const getOrder = (id: string) =>
  pipe(
    getOrderFromDb(id), // Effect<Order, DbConnectionError | DbQueryError>
    Effect.mapError((e) => new OrderServiceError({cause: e})),
  )
// 타입: Effect<Order, OrderServiceError>

Layer와 의존성 주입

R 파라미터는 "이 계산을 실행하려면 무엇이 필요한가"를 타입으로 선언한다. 실제로 의존성을 제공하는 것이 Layer다.

서비스 정의부터 주입까지의 전체 흐름을 살펴보자.

import {Effect, Context, Layer} from 'effect'

// 1. 서비스 인터페이스 정의
class UserRepository extends Context.Tag('UserRepository')<
  UserRepository,
  {
    readonly findById: (id: string) => Effect.Effect<User, NotFoundError>
    readonly save: (user: User) => Effect.Effect<void, DbError>
  }
>() {}

class EmailService extends Context.Tag('EmailService')<
  EmailService,
  {
    readonly send: (to: string, body: string) => Effect.Effect<void, EmailError>
  }
>() {}

// 2. 서비스 사용 — 구현을 모른 채로 인터페이스만 참조
const registerUser = (input: RegisterInput) =>
  Effect.gen(function* () {
    const repo = yield* UserRepository
    const email = yield* EmailService

    const user = createUser(input)
    yield* repo.save(user)
    yield* email.send(user.email, 'Welcome!')
    return user
  })
// 타입: Effect<User, NotFoundError | DbError | EmailError, UserRepository | EmailService>
// R에 UserRepository | EmailService가 자동으로 추론된다

// 3. 서비스 구현 — Layer로 정의
const UserRepositoryLive = Layer.succeed(UserRepository, {
  findById: (id) =>
    Effect.gen(function* () {
      const result = yield* queryDb(`SELECT * FROM users WHERE id = $1`, [id])
      if (!result) return yield* Effect.fail(new NotFoundError({id}))
      return result
    }),
  save: (user) => queryDb(`INSERT INTO users ...`, [user]),
})

const EmailServiceLive = Layer.succeed(EmailService, {
  send: (to, body) =>
    Effect.tryPromise({
      try: () => sendgrid.send({to, body}),
      catch: (e) => new EmailError({cause: e}),
    }),
})

// 4. Layer 합성 및 프로그램 실행
const AppLayer = Layer.mergeAll(UserRepositoryLive, EmailServiceLive)

Effect.runPromise(
  registerUser({name: 'Alice', email: 'alice@example.com'}).pipe(
    Effect.provide(AppLayer),
  ),
)

Layer 메모이제이션: Layer의 중요한 특성은 참조 동등성 기반 메모이제이션이다. 같은 Layer 인스턴스가 의존성 그래프의 여러 곳에서 참조되면 한 번만 생성되고 공유된다.

// DatabaseLayer를 모듈 수준에서 한 번 정의
const DatabaseLayer = Layer.scoped(
  Database,
  Effect.acquireRelease(connectToDatabase(), (conn) =>
    Effect.sync(() => conn.close()),
  ),
)

// UserRepositoryLayer와 OrderRepositoryLayer가 둘 다 DatabaseLayer에 의존해도
// 데이터베이스 연결은 한 번만 만들어진다
const AppLayer = Layer.mergeAll(UserRepositoryLayer, OrderRepositoryLayer).pipe(
  Layer.provide(DatabaseLayer),
)

이는 DI 컨테이너의 singleton scope와 동일한 동작이다. 다만 "참조 동등성"이므로, makeDbLayer()를 두 번 호출하면 서로 다른 인스턴스가 되어 각각 생성된다는 점에 주의해야 한다.

테스트에서의 교체: Layer 기반 DI의 진짜 장점은 테스트에서 드러난다.

// 테스트용 Layer — 실제 DB, Email 없이 순수 함수로 동작
const UserRepositoryTest = Layer.succeed(UserRepository, {
  findById: (id) =>
    id === '1'
      ? Effect.succeed({id: '1', name: 'Test', email: 'test@test.com'})
      : Effect.fail(new NotFoundError({id})),
  save: () => Effect.void,
})

const EmailServiceTest = Layer.succeed(EmailService, {send: () => Effect.void})

const TestLayer = Layer.mergeAll(UserRepositoryTest, EmailServiceTest)

// 같은 비즈니스 로직, 다른 의존성
const result = await Effect.runPromise(
  registerUser(input).pipe(Effect.provide(TestLayer)),
)

리소스 관리: acquireRelease와 Scope

리소스(데이터베이스 커넥션, 파일 핸들, 네트워크 소켓 등)는 반드시 해제해야 한다. try-finally의 중첩 문제를 Effect는 acquireRelease로 해결한다.

import {Effect} from 'effect'

// acquire(획득)와 release(해제)를 쌍으로 정의
const withDbConnection = Effect.acquireRelease(
  connectToDatabase(), // acquire
  (conn) => Effect.sync(() => conn.close()), // release — 반드시 실행됨
)

// 사용: Effect.scoped로 리소스의 수명을 관리
const program = Effect.scoped(
  Effect.gen(function* () {
    const conn = yield* withDbConnection
    const data = yield* queryDb(conn, 'SELECT ...')
    return data
  }),
)
// conn.close()는 성공이든 실패든 자동으로 호출된다

여러 리소스를 중첩하면 LIFO(후입선출) 순서로 해제된다. try-finally 중첩 없이 선형적으로 작성할 수 있다.

const program = Effect.scoped(
  Effect.gen(function* () {
    const conn = yield* withDbConnection // 1번째 acquire
    const file = yield* withFileHandle // 2번째 acquire
    const lock = yield* withDistributedLock // 3번째 acquire

    yield* exportData(conn, file)
    // 해제 순서: lock → file → conn (LIFO)
  }),
)

구조적 동시성과 파이버

Effect의 동시성은 파이버(Fiber) 기반이며, **구조적(structured)**이다. 파이버란 OS 스레드보다 훨씬 가벼운 "가상 실행 단위"다. 하나의 스레드 위에서 여러 파이버가 협력적으로 스케줄링되므로, 수천 개를 동시에 돌려도 부담이 적다. Go의 goroutine이나 Kotlin의 coroutine과 비슷한 개념이다. "구조적"이라는 것은 부모-자식 관계가 있다는 뜻이다. 부모 이펙트가 종료되면 자식 파이버도 자동으로 정리되어, "잊힌 파이버"가 떠도는 문제가 발생하지 않는다.

import {Effect, Fiber} from 'effect'

// Effect.all: 여러 이펙트를 병렬로 실행
const [user, orders, notifications] =
  yield *
  Effect.all([getUser(id), getOrders(id), getNotifications(id)], {
    concurrency: 'unbounded',
  })
// 하나가 실패하면 나머지는 자동으로 중단된다

// concurrency 옵션으로 동시 실행 수를 제한할 수도 있다
const results =
  yield *
  Effect.all(urls.map(fetchUrl), {
    concurrency: 5, // 최대 5개씩 병렬 실행
  })

더 세밀한 제어가 필요하면 fork로 파이버를 직접 관리한다.

const program = Effect.gen(function* () {
  // fork: 백그라운드에서 실행, Fiber 핸들을 반환
  const fiber = yield* Effect.fork(longRunningTask)

  // 다른 작업을 하면서...
  yield* doSomethingElse()

  // 필요할 때 결과를 가져오거나 취소
  const result = yield* Fiber.join(fiber) // 완료 대기
  // 또는
  yield* Fiber.interrupt(fiber) // 취소
})

Schedule: 선언적 재시도 정책

재시도 정책은 Schedule이라는 추상화로 표현한다. Schedule은 독립적인 값이므로, 조합해서 복잡한 정책을 만들 수 있다.

import {Effect, Schedule} from 'effect'

// 기본 스케줄들
Schedule.recurs(3) // 최대 3회 재시도
Schedule.spaced('1 second') // 1초 간격으로 반복
Schedule.exponential('100 millis') // 지수 백오프: 100ms → 200ms → 400ms → ...

// 이펙트에 재시도 정책 적용
const resilientFetch = pipe(
  fetchData(url),
  Effect.retry(
    Schedule.exponential('100 millis').pipe(
      Schedule.intersect(Schedule.recurs(3)),
    ),
  ),
)

Schedule의 세 가지 조합 방식은 각각 의미론이 다르다.

// intersect: 두 스케줄 모두 "계속"이어야 진행. 더 긴 지연 사용.
// → "지수 백오프로 재시도하되, 최대 3회까지만"
Schedule.exponential('100 millis').pipe(Schedule.intersect(Schedule.recurs(3)))
// 100ms → 200ms → 400ms → 종료

// union: 하나라도 "계속"이면 진행. 더 짧은 지연 사용.
// → "3회 재시도 후에도 1초마다 계속 재시도"
Schedule.recurs(3).pipe(Schedule.union(Schedule.spaced('1 second')))

// andThen: 첫 번째를 끝낸 후 두 번째로 전환.
// → "처음 3회는 빠르게, 그 후에는 느리게"
Schedule.recurs(3).pipe(Schedule.andThen(Schedule.spaced('5 seconds')))

intersect는 교집합(둘 다 동의해야 계속)이고, union은 합집합(하나라도 동의하면 계속)이다.

Schema: 외부 경계의 타입 안전성

Effect 생태계의 Schema 모듈은 Zod와 유사한 역할을 하지만, Effect 파이프라인과 깊이 통합되어 있다. 핵심 차이는 **양방향 변환(encode/decode)**을 일급으로 지원한다는 점이다.

import {Schema} from 'effect'

const User = Schema.Struct({
  id: Schema.String,
  name: Schema.String,
  age: Schema.Number.pipe(Schema.between(0, 150)),
  createdAt: Schema.DateFromString, // 문자열 ↔ Date 양방향 변환
})

// TypeScript 타입 자동 추출
type User = typeof User.Type
// { id: string; name: string; age: number; createdAt: Date }

// decode: 외부 데이터 → 내부 타입 (유효성 검증 포함)
const parseUser = Schema.decodeUnknown(User)
// encode: 내부 타입 → 외부 데이터 (직렬화)
const serializeUser = Schema.encode(User)

Zod는 "외부 데이터를 파싱한다"에 초점을 맞추지만, Schema는 "파싱과 직렬화를 하나의 스키마로 정의한다"를 지향한다. createdAt 필드를 보면, decode 시에는 "2024-01-01" 문자열을 Date 객체로 변환하고, encode 시에는 Date 객체를 다시 문자열로 변환한다. API 응답 파싱과 API 요청 직렬화에 같은 스키마를 쓸 수 있다.

Schema.decodeUnknown의 반환 타입이 Effect이므로, 에러 처리가 Effect 파이프라인에 자연스럽게 합류한다.

const handleRequest = (raw: unknown) =>
  Effect.gen(function* () {
    // 파싱 실패 시 ParseError가 E 채널에 자동으로 추가됨
    const user = yield* Schema.decodeUnknown(User)(raw)
    return yield* processUser(user)
  })

Promise 생태계와의 상호운용

Effect-TS는 기존 Promise 기반 코드와의 상호운용을 염두에 두고 설계되었다. 경계(boundary)에서 Effect와 Promise 사이를 전환할 수 있다.

// Promise → Effect: 기존 라이브러리를 Effect 세계로 가져오기
const fetchUser = (id: string) =>
  Effect.tryPromise({
    try: () => fetch(`/api/users/${id}`).then((r) => r.json()),
    catch: (e) => new NetworkError({cause: e}),
  })
// 타입: Effect<unknown, NetworkError>
// catch로 에러 타입을 명시할 수 있다

// Effect → Promise: Effect 세계에서 나가기
const main = async () => {
  const user = await Effect.runPromise(program)
  // 또는 에러를 Exit으로 받아 직접 처리
  const exit = await Effect.runPromiseExit(program)
}

이 경계 API 덕분에 기존 코드베이스에 Effect를 점진적으로 도입할 수 있다. 기존 Express 핸들러의 내부 로직만 Effect로 작성하고, 핸들러의 진입/출구에서 Effect.tryPromise와 Effect.runPromise로 전환하는 식이다.

Promise와의 비교: 무엇을 얻고, 무엇을 잃는가

Effect가 Promise에 비해 얻는 것을 정리하면 이렇다.

관점PromiseEffect
에러 타입unknown (추적 불가)제네릭 E (컴파일 타임 추적)
의존성암묵적 (import, 전역 상태)명시적 R 파라미터
실행 시점생성 즉시 실행 (eager)실행 지시 시 실행 (lazy)
취소AbortController (수동)구조적 동시성 (자동)
리소스 관리try-finally (수동)acquireRelease (자동)
재시도직접 구현Schedule (선언적)

lazy evaluation은 특히 중요하다. Promise는 생성과 동시에 실행되지만, Effect는 "실행 계획"일 뿐이다. 이 특성 덕분에 이펙트를 자유롭게 조합하고, 재시도하고, 스케줄링할 수 있다.

반면 잃는 것도 있다.

학습 곡선: pipe, Effect.gen, Layer, Context.Tag, Schema 등의 개념을 모두 익혀야 한다. 팀 전체가 이 패러다임에 동의하고 학습해야 하는 비용이 크다.

function coloring: 앞서 설명한 대로, 모든 effectful 함수가 Effect 타입을 반환해야 한다. 기존 코드베이스에 점진적으로 도입할 수는 있지만(Effect.tryPromise로 Promise를 감싸고, Effect.runPromise로 다시 꺼내는 방식), Effect 영역과 비-Effect 영역의 경계가 항상 존재한다.

생태계 크기: npm의 대부분의 라이브러리는 Promise 기반이다. 이들을 Effect로 감싸는 보일러플레이트가 필요하다.

솔직히 말하면, 이 trade-off가 정당화되는 시점은 시스템 복잡도가 일정 수준을 넘었을 때다. 간단한 CRUD API라면 Promise와 try-catch로 충분하다. 하지만 여러 외부 서비스와 통신하고, 복잡한 에러 복구 로직이 필요하고, 의존성 그래프가 깊어지는 시스템이라면, "에러가 타입으로 추적되고, 의존성이 명시되고, 리소스가 자동으로 관리되는" 이점이 학습 비용을 상쇄한다.

마치며

"side effect를 타입으로 추적한다"는 아이디어는 Moggi(1991)의 모나드에서 시작해, Plotkin과 Pretnar(2009)의 algebraic effect handler로 정교화되었고, Koka와 OCaml 5에서 언어 수준으로 구현되었다.

Effect-TS는 이 계보의 끝에 있지만, 중요한 선택을 했다. 진짜 algebraic effect가 아니라 모나드 기반 시뮬레이션이라는 것이다. TypeScript 런타임이 continuation을 지원하지 않으므로, perform/handle/resume 대신 flatMap 체이닝과 Effect<A, E, R> 타입 파라미터로 effect를 추적한다. Function coloring 문제가 존재하고, resumable exception은 불가능하다.

그럼에도 Effect-TS가 가치 있는 이유는, TypeScript의 타입 시스템만으로 할 수 있는 최대치를 보여주기 때문이다. 에러가 타입으로 추적되고, 의존성이 컴파일 타임에 검증되고, 리소스 생명주기가 자동 관리된다. TS+ 컴파일러 포크의 실패 이후 "순수 라이브러리로, 기존 도구와 호환되게"라는 실용적 방향을 택한 것도 현명한 판단이었다.

그렇다면 실무에서 도입할 가치가 있을까? 솔직히 말하면 대부분의 프로젝트에는 과하다. React/Next.js 기반의 일반적인 프론트엔드 앱이나 간단한 CRUD API라면, try-catch와 Promise로 충분하다. 에러 타입 추적이 필요하면 neverthrow 같은 가벼운 Result 타입 라이브러리로 80%는 해결되고, DI가 필요하면 NestJS의 DI나 tsyringe로 충분하다. Effect-TS의 학습 곡선은 가파르고, 팀 전체가 이 패러다임에 동의하고 학습해야 하는 비용은 결코 작지 않다.

Effect-TS가 진가를 발휘하는 건 시스템 복잡도가 일정 수준을 넘었을 때다. 여러 외부 서비스(DB, Redis, 메시지큐, 외부 API)를 오케스트레이션해야 하고, 에러 복구 로직이 비즈니스의 핵심이며(결제, 주문 처리 등), 의존성 그래프가 깊은 백엔드 시스템이라면 — 에러 추적, DI, 리소스 관리, 재시도 정책이 하나의 일관된 시스템으로 통합되는 이점이 학습 비용을 상쇄할 수 있다. 결국 "에러를 타입으로, 의존성을 타입으로, 리소스를 타입으로" 추적하는 것이 우리 프로젝트에 정말 필요한가가 판단 기준이다.

한편으로는 JavaScript 언어 자체의 진화도 지켜볼 필요가 있다. using 선언(Explicit Resource Management)은 동기 버전이 이미 Stage 4로 표준에 포함되었고(TypeScript는 5.2부터 지원), 패턴 매칭 제안도 진행 중이다. 언어 수준의 지원이 늘어날수록, Effect-TS 같은 라이브러리가 직접 해결해야 하는 영역은 줄어들 것이다. Effect-TS는 훌륭한 기술적 성취이지만, 모든 프로젝트의 정답은 아니다. 도구의 가치는 그 도구가 해결하는 문제의 크기에 비례한다.

참고