Virtual Thread(가상 스레드)

Virtual Threads는 JDK 19에서 처음 소개된 기능으로, Java의 스레드 모델을 개선하기 위한 중요한 혁신 중 하나입니다. 기존의 Java 스레드 모델은 운영 체제(OS) 레벨의 스레드를 사용하여 애플리케이션의 동시성을 처리했지만, 이 모델에는 몇 가지 한계가 있었습니다. 특히, 많은 수의 스레드를 생성할 때 메모리와 성능의 제약이 발생할 수 있었습니다. Virtual Threads는 이러한 문제를 해결하기 위해 도입되었습니다.

 

이미지 출쳐 : https://dev.to/jackynote/completablefuture-vs-virtual-thread-in-java-21-1gfp

CompletableFuture vs Virtual Thread in Java 21

 

Virtual Threads의 주요 개념

1. 경량 스레드: Virtual Threads는 매우 경량화된 스레드로, 수천 또는 수만 개의 스레드를 생성하더라도 시스템 자원에 크게 부담을 주지 않습니다. 이는 기존의 OS 스레드와 비교했을 때 매우 효율적인 메모리 사용과 스케줄링을 가능하게 합니다.
2. 비동기 코드의 동기적 표현: Virtual Threads를 사용하면, 비동기적으로 작성된 코드도 동기 코드처럼 쉽게 작성할 수 있습니다. 즉, 비동기 코드에서 흔히 사용되는 콜백(callback) 또는 복잡한 Future/CompletableFuture 체인을 사용할 필요 없이, 마치 동기 코드처럼 간단하게 비동기 작업을 처리할 수 있습니다.
3. 운영 체제와의 분리: Virtual Threads는 Java의 사용자 레벨에서 관리되며, 운영 체제의 스레드와는 별도로 동작합니다. 이는 Java 런타임 환경에서 직접 스레드를 관리하고, OS의 스케줄러에 의존하지 않는다는 것을 의미합니다.
4. 큰 수의 스레드 지원: Virtual Threads를 사용하면, 대규모 동시성을 필요로 하는 애플리케이션에서 수십만 개의 스레드를 효율적으로 운영할 수 있습니다. 이는 특히 서버 애플리케이션에서 많은 클라이언트 요청을 동시에 처리해야 하는 경우에 유용합니다.
5. 간단한 사용: Virtual Threads는 기존의 Thread API와 매우 유사한 방식으로 사용할 수 있기 때문에, 개발자가 새로운 API나 개념을 학습할 필요 없이 쉽게 활용할 수 있습니다.

사용 예시

Thread.startVirtualThread(() -> {
    // 여기에 작업을 수행하는 코드 작성
});

 

or

Thread.ofVirtual().start(() -> {
    // Virtual Thread에서 실행할 코드
});

Virtual Threads의 장점

• 자원 효율성: 기존의 OS 스레드보다 훨씬 적은 메모리를 사용하므로, 더 많은 동시 작업을 처리할 수 있습니다.
• 단순성: 비동기 코드를 동기 코드처럼 작성할 수 있어 코드의 가독성과 유지보수성이 향상됩니다.
• 확장성: 대규모 동시성을 필요로 하는 시스템에서도 높은 성능을 유지할 수 있습니다.

 

Virtual Threads의 단점

• 스레드 수의 증가: Virtual Threads는 기존 스레드보다 훨씬 더 많은 수의 스레드를 생성할 수 있으므로, 디버깅이나 모니터링 과정에서 어떤 스레드가 어떤 작업을 수행하는지 추적하는 것이 어려울 수 있습니다. 기존의 디버깅 도구와 방법이 잘 작동하지 않을 가능성이 있습니다.
• 디버깅 도구의 적응 필요: 많은 디버깅 및 모니터링 도구가 전통적인 OS 스레드를 기반으로 만들어졌기 때문에, Virtual Threads에 맞춰 적응하지 못한 도구들은 효과적이지 않을 수 있습니다. 이로 인해 개발자는 새로운 도구나 방식을 배워야 할 필요가 있습니다.
• 블로킹 호출 문제: Virtual Threads는 기본적으로 비동기 작업을 효율적으로 처리하기 위해 설계되었습니다. 그러나 네트워크 호출이나 파일 I/O 등에서 블로킹 작업이 발생할 경우, Virtual Threads의 장점이 약화될 수 있습니다. Java 표준 라이브러리 내의 일부 API는 여전히 블로킹 방식으로 동작하기 때문에, 잘못된 사용은 성능 저하로 이어질 수 있습니다.
• 블로킹과 비동기 혼용의 복잡성: 기존의 코드베이스에서 블로킹 호출과 비동기 호출이 혼용되어 있을 때, 이를 Virtual Threads로 변환하는 작업은 까다로울 수 있습니다. 모든 코드가 비동기적으로 동작하도록 하려면, 코드 리팩토링이 필요할 수 있습니다.
• 제한된 스케줄링 제어: Virtual Threads는 Java 런타임에 의해 관리되므로, 개발자가 스레드의 우선순위나 스케줄링 정책을 세밀하게 제어하기 어렵습니다. 특정 스레드가 더 높은 우선순위를 가져야 하는 상황에서는 기존의 OS 스레드보다 제어가 어렵습니다.
• 컨텍스트 스위칭 오버헤드: Virtual Threads는 매우 경량화되었지만, 대규모 애플리케이션에서 여전히 컨텍스트 스위칭과 관련된 오버헤드가 발생할 수 있습니다. 이는 매우 많은 수의 Virtual Threads를 사용할 때 성능 저하로 이어질 수 있습니다.

 

결론

Virtual Threads는 Java 애플리케이션에서 동시성을 처리하는 방식에 큰 변화를 가져왔지만, 모든 상황에서 무조건적으로 더 나은 선택은 아닙니다. 특히, 기존 시스템과의 호환성, 디버깅 및 모니터링의 복잡성, 블로킹 작업과의 조화 문제 등을 잘 이해하고, 상황에 맞게 적절히 사용해야 합니다. 이러한 단점과 제약을 인식하고, Virtual Threads의 장점을 극대화할 수 있는 방법을 모색하는 것이 중요합니다.