가상 쓰레드의 작동 방식
가상 쓰레드는 운영체제 프로세스와 애플리케이션 수준 동시성 사이에 추상화 계층을 생성한다. 다르게 말하면, 가상 쓰레드를 사용해 자바 가상 머신이 조율하는 작업을 스케줄링할 수 있으며 JVM은 운영체제와 프로그램 사이에서 중재하는 역할을 한다. 다음 그림은 가상 쓰레드의 아키텍처를 보여준다.이런 아키텍처에서 애플리케이션은 가상 쓰레드를 인스턴스화하고 JVM(Java Virtual Machine)은 이를 처리할 컴퓨팅 리소스를 할당한다. 이와 대조되는 전통적인 쓰레드의 경우 운영체제(OS) 프로세스에 직접 매핑된다. 전통적인 쓰레드에서는 애플리케이션 코드가 OS 리소스의 준비와 제공을 담당한다. 가상 쓰레드에서는 애플리케이션 가상 쓰레드를 인스턴스화고 따라서 동시성의 필요성을 표현한다. 그러나 운영체제에서 리소스를 획득하고 해제하는 것은 JVM이다.
자바의 가상 쓰레드는 고(Go) 언어의 고루틴(goroutine)과 비슷하다. 가상 쓰레드를 사용할 때 JVM은 애플리케이션의 가상 쓰레드가 파킹된 경우, 즉 유휴 상태이자 새 작업을 대기할 때만 컴퓨팅 리소스를 할당할 수 있다. 이런 유휴 상태는 대부분의 서버에서 흔히 일어난다. 요청에 쓰레드를 할당한 다음 유휴 상태가 되어 데이터 스토어로부터의 응답, 네트워크로부터의 추가 입력과 같은 새 이벤트를 대기한다.
전통적인 자바 쓰레드를 사용하는 경우, 서버가 요청을 대기하는 유휴 상태면 운영체제 쓰레드도 유휴 상태이며 이는 서버의 확장성을 심각하게 저해한다. 오라클의 디벨로퍼 애드보킷 니콜라이 파로그는 “운영체제는 플랫폼 쓰레드의 효율성을 높일 수 없지만 JDK는 자체 쓰레드와 OS 쓰레드 사이에 일 대 일 관계를 설정해서 쓰레드를 더 효과적으로 활용할 수 있다”고 설명했다.
전통적인 자바 쓰레드와 관련된 성능 및 확장성 문제를 완화하기 위한 노력은 이전에도 있었다. 자바RX 같은 비동기 리액티브 라이브러리가 대표적인 예이다. 가상 쓰레드의 차이점은 JVM 수준에서 구현되면서도 자바의 기존 프로그래밍 구조에 들어간다는 점이다.
자바 가상 쓰레드 데모 살펴보기
데모를 실행하기 위해 메이븐 archetype으로 간단한 자바 애플리케이션을 만들었다. 자바 19 프리뷰의 가상 쓰레드를 활성화하기 위해 일부 부분을 변경했으나 이후 가상 쓰레드가 프리뷰 단계에서 나오면 쓰지 않아도 되는 코드이다.다음 예시 1은 메이븐 archetype의 POM 파일에서 필자가 변경한 부분을 보여준다. 자바 19를 사용하도록 컴파일러를 설정했고 (예시 2에서 볼 수 있듯이) .mvn/jvm.config에 라인을 하나 추가했다.
예시 1. 데모 애플리케이션을 위한 pom.xml<properties>
<project.build.sourceEncoding>UTF-8</project.build.sourceEncoding>
<maven.compiler.source>19</maven.compiler.source>
<maven.compiler.target>19</maven.compiler.target>
</properties>
<plugin>
<groupId>org.apache.maven.plugins</groupId>
<artifactId>maven-compiler-plugin</artifactId>
<version>3.10.1</version>
<configuration>
<compilerArgs>
<arg>--add-modules=jdk.incubator.concurrent</arg>
<arg>--enable-preview</arg>
</compilerArgs>
</configuration>
</plugin>
--enable-preview 스위치는 프리뷰가 활성화된 상태에서 exec:java가 작동하기 위해 필요하다. 이렇게 하면 필요한 스위치와 함께 메이븐 프로세스가 시작된다.
예시 2. .mvn/jvm.config에 enable-preview 추가--enable-preview
이제 mvn compile exec:java로 프로그램을 실행하면 가상 쓰레드 기능이 컴파일되고 실행된다.
가상 쓰레드를 사용하는 두 가지 방법
이제 코드에서 실제로 가상 쓰레드를 사용하는 두 가지 주된 방법을 생각해 보자. 가상 쓰레드는 JVM의 작동에 큰 변화를 의미하지만, 코드는 사실 전통적인 자바 쓰레드와 매우 유사하다. 이 유사성은 설계할 때부터 의도된 부분이기도 하며, 덕분에 기존 애플리케이션과 서버를 비교적 쉽게 리팩토링할 수 있다. 또한 호환성은 JVM의 쓰레드 모니터링 및 관찰을 위한 기존 툴을 가상 쓰레드에도 사용할 수 있음을 의미한다.Thread.startVirtualThread(Runnable r)
가상 쓰레드를 사용하는 가장 기본적인 방법은 Thread.startVirtualThread(Runnable r)이다. 쓰레드를 인스턴스화하고 thread.start()를 호출하는 과정을 대신한다. 예시 3의 샘플 코드를 참고해보자.
예시 3. 새 쓰레드 인스턴스화package com.infoworld;
import java.util.Random;
public class App {
public static void main( String[] args ) {
boolean vThreads = args.length > 0;
System.out.println( "Using vThreads: " + vThreads);
long start = System.currentTimeMillis();
Random random = new Random();
Runnable runnable = () -> { double i = random.nextDouble(1000) % random.nextDouble(1000); };
for (int i = 0; i < 50000; i++){
if (vThreads){
Thread.startVirtualThread(runnable);
} else {
Thread t = new Thread(runnable);
t.start();
}
}
long finish = System.currentTimeMillis();
long timeElapsed = finish - start;
System.out.println("Run time: " + timeElapsed);
}
}
예시 3의 코드는 인수와 함께 실행하면 가상 쓰레드를 사용하고 그렇지 않은 경우 전통적인 쓰레드를 사용한다. 프로그램은 선택한 쓰레드 유형이 무엇이든 5만 회의 반복을 생성한다. 그런 다음 무작위 숫자로 간단한 계산을 하고 실행 시간을 추적한다.
가상 쓰레드로 코드를 실행하려면 mvn compile exec:java -Dexec.args="true"를 입력하고 표준 쓰레드로 실행하려면 mvn compile exec:java를 입력한다. 간단한 성능 테스트를 수행해서 아래와 같은 결과를 얻었다.
- 가상 쓰레드 사용: 런타임 174
- 기존 쓰레드 사용: 런타임 5450
다소 비과학적인 결과지만 런타임 차이는 상당하다. Thread.ofVirtual().start(runnable)와 같이 Thread를 사용해서 가상 쓰레드를 생성하는 다른 방법도 있다. 자세한 내용은 자바 쓰레드 문서를 참고해보자.
실행자 사용
가상 쓰레드를 시작하는 또 다른 주된 방법은 실행자(executor)를 사용하는 것이다. 실행자는 쓰레드를 다룰 때 일반적으로 사용되며, 다수의 작업과 쓰레드 풀링을 조율하는 표준적인 방법을 제공한다. 생성과 폐기 비용이 저렴한 가상 쓰레드에서는 풀링이 불필요하다. JVM이 쓰레드 풀을 알아서 관리해준다고 생각하면 된다. 어쨌든 많은 프로그램이 실행자를 사용하므로 자바 19에는 가상 쓰레드로의 리팩토링을 용이하게 하기 위해 실행자에 새로운 프리뷰 메서드가 포함돼 있다. 예시 4는 새 메서드와 기존 메서드를 나란히 보여준다.
예시 4. 새 실행자 메서드ExecutorService executor = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor(); // New method
ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(Integer poolSize); // Old method
또한 자바 19에는 Executors.newThreadPerTaskExecutor(ThreadFactory threadFactory) 메서드가 제공된다. 이 메서드는 가상 쓰레드를 빌드하는 ThreadFactory를 취할 수 있다. 이러한 팩토리는 Thread.ofVirtual().factory()로 얻을 수 있다. 실행자 메서드에 대한 추가 내용은 자바 공식 페이지에서 확인할 수 있다.
가상 쓰레드의 모범 사례
일반적으로 가상 쓰레드는 Thread 클래스를 구현하므로 표준 쓰레드가 사용되는 모든 곳에서 사용될 수 있다. 그러나 최고의 효과를 얻기 위해 가상 쓰레드를 사용해야 하는 방법 측면에서 차이점이 있다. 한 가지 예는 데이터스토어와 같은 리소스에 액세스할 때 제한이 있는 쓰레드를 사용하는 대신 세마포어(semaphores)를 사용해서 쓰레드의 수를 제어하는 것이다. 오라클 공식 블로그에서 가상 쓰레드와 플랫폼 쓰레드에서 더 많은 팁을 볼 수 있다.또 다른 중요한 점은 가상 쓰레드는 항상 데몬 쓰레드라는 것이다. 즉, JVM 프로세스를 완료될 때까지 활성 상태로 유지한다. 또한 우선순위를 변경할 수 없다. 우선순위와 데몬 상태를 변경하기 위한 메서드는 동작하지 않는다. 여기에 대한 자세한 내용은 쓰레드 문서에서 볼 수 있다.
가상 쓰레드를 사용한 리팩토링
가상 쓰레드는 내부적으로 큰 변화지만 기존 코드베이스에 쉽게 적용하도록 설계됐다. 가상 쓰레드는 톰캣(Tomcat), 글래스피시(GlassFish)와 같은 서버에 가장 크고 즉각적인 영향을 미치게 된다. 이러한 서버는 최소한의 작업으로 가상 쓰레드를 도입할 수 있을 것이다. 이와 같은 서버에서 실행되는 애플리케이션은 아무런 코드 변경 없이 확장성 측면의 이득을 얻게 되는데, 이는 대규모 애플리케이션에서 상당한 파급 효과로 이어질 수 있다. 다수의 서버와 코어에서 실행되는 자바 애플리케이션을 생각해 보자. 처리할 수 있는 요청의 수 측면에서 갑자기 자릿수 자체가 달라진다. 물론 요청 처리 프로필에 따라 다를 수 있다.톰캣과 같은 서버에서 구성 매개변수로 가상 쓰레드를 사용할 수 있게 되는 것은 시간문제일 뿐이다. 그때까지는 서버를 가상 쓰레드로 마이그레이션하는 데 관심이 있다면, 자바 관련 다양한 출판물을 낸 케이 호스트만이 블로그에 쓴 이 글을 참조하라. 글에서는 가상 쓰레드에 맞게 톰캣을 구성하는 과정이 나와 있다. 호스트만은 가상 쓰레드 프리뷰 기능을 활성화하고 Executor를 맞춤 구현으로 대체하는데, 차이는 한 라인에 불과하다. 짐작할 수 있겠지만 Executors.newThreadPerTaskExecutor이다. 확장성 측면의 혜택은 상당하다. 호스트만은 “이 변경으로 200개의 요청에 3초가 소요됐으며 톰캣은 1만 개의 요청을 손쉽게 처리할 수 있다”고 말했다.
결론
가상 쓰레드는 JVM에 있어 큰 변화다. 애플리케이션 프로그래머에게는 콜백(callback) 또는 퓨처(future) 사용과 같은 비동기 스타일 코딩의 대안을 제시한다. 전체적으로 볼 때 가상 쓰레드는 동시성 처리에서 자바 동기 프로그래밍 패러다임으로 되돌아가는 진자와 같다. 프로그래밍 스타일 측면에서 자바스크립트의 async/await 도입과 비슷하다고도 할 수 있다. 요약하자면, 적어도 쓰레드가 많은 시간을 유휴 상태로 소비하는 애플리케이션에서 간단한 동기 구문을 사용한 정확한 비동기 동작 쓰기가 매우 쉬워질 것이다.editor@itworld.co.kr
함께 보면 좋은 콘텐츠
Sponsored
Surfshark
“유료 VPN, 분명한 가치 있다” VPN 선택 가이드
ⓒ Surfshark VPN(가상 사설 네트워크, Virtual Private Network)은 인터넷 사용자에게 개인 정보 보호와 보안을 제공하는 중요한 도구로 널리 인정받고 있다. VPN은 공공 와이파이 환경에서도 데이터를 안전하게 전송할 수 있고, 개인 정보를 보호하는 데 도움을 준다. VPN 서비스의 수요가 증가하는 것도 같은 이유에서다. 동시에 유료와 무료 중 어떤 VPN을 선택해야 할지 많은 관심을 가지고 살펴보는 사용자가 많다. 가장 먼저 사용자의 관심을 끄는 것은 별도의 예산 부담이 없는 무료 VPN이지만, 그만큼의 한계도 있다. 무료 VPN, 정말 괜찮을까? 무료 VPN 서비스는 편리하고 경제적 부담도 없지만 고려할 점이 아예 없는 것은 아니다. 보안 우려 대부분의 무료 VPN 서비스는 유료 서비스에 비해 보안 수준이 낮을 수 있다. 일부 무료 VPN은 사용자 데이터를 수집해 광고주나 서드파티 업체에 판매하는 경우도 있다. 이러한 상황에서 개인 정보가 유출될 우려가 있다. 속도와 대역폭 제한 무료 VPN 서비스는 종종 속도와 대역폭에 제한을 생긴다. 따라서 사용자는 느린 인터넷 속도를 경험할 수 있으며, 높은 대역폭이 필요한 작업을 수행하는 데 제약을 받을 수 있다. 서비스 제한 무료 VPN 서비스는 종종 서버 위치가 적거나 특정 서비스 또는 웹사이트에 액세스하지 못하는 경우가 생긴다. 또한 사용자 수가 늘어나 서버 부하가 증가하면 서비스의 안정성이 저하될 수 있다. 광고 및 추적 위험 일부 무료 VPN은 광고를 삽입하거나 사용자의 온라인 활동을 추적하여 광고주에게 판매할 수 있다. 이 경우 사용자가 광고를 보아야 하거나 개인 정보를 노출해야 할 수도 있다. 제한된 기능 무료 VPN은 유료 버전에 비해 기능이 제한될 수 있다. 예를 들어, 특정 프로토콜이나 고급 보안 기능을 지원하지 않는 경우가 그렇다. 유료 VPN의 필요성 최근 유행하는 로맨스 스캠은 인터넷 사기의 일종으로, 온라인 데이트나 소셜 미디어를 통해 가짜 프로필을 만들어 상대를 속이는 행위다. 이러한 상황에서 VPN은 사용자가 안전한 연결을 유지하고 사기 행위를 방지하는 데 도움이 된다. VPN을 통해 사용자는 상대방의 신원을 확인하고 의심스러운 활동을 감지할 수 있다. 서프샤크 VPN은 구독 요금제 가입 후 7일간의 무료 체험을 제공하고 있다. ⓒ Surfshark 그 외에도 유료 VPN만의 강점을 적극 이용해야 하는 이유는 다음 3가지로 요약할 수 있다. 보안 강화 해외 여행객이 증가함에 따라 공공 와이파이를 사용하는 경우가 늘어나고 있다. 그러나 공공 와이파이는 보안이 취약해 개인 정보를 노출할 위험이 있다. 따라서 VPN을 사용하여 데이터를 암호화하고 개인 정보를 보호하는 것이 중요하다. 서프샤크 VPN은 사용자의 개인 정보를 안전하게 유지하고 해킹을 방지하는 데 유용하다. 개인정보 보호 인터넷 사용자의 검색 기록과 콘텐츠 소비 패턴은 플랫폼에 의해 추적될 수 있다. VPN을 사용하면 사용자의 IP 주소와 로그를 숨길 수 있으며, 개인 정보를 보호할 수 있다. 또한 VPN은 사용자의 위치를 숨기고 인터넷 활동을 익명으로 유지하는 데 도움이 된다. 지역 제한 해제 해외 여행 중에도 한국에서 송금이 필요한 경우가 생길 수 있다. 그러나 IP가 해외 주소이므로 은행 앱에 접근하는 것이 제한될 수 있다. VPN을 사용하면 지역 제한을 해제해 해외에서도 한국 인터넷 서비스를 이용할 수 있다. 따라서 해외에서도 안전하고 편리하게 인터넷을 이용할 수 있다. 빠르고 안전한 유료 VPN, 서프샤크 VPN ⓒ Surfshark 뛰어난 보안 서프샤크 VPN은 강력한 암호화 기술을 사용하여 사용자의 인터넷 연결을 안전하게 보호한다. 이는 사용자의 개인 정보와 데이터를 보호하고 외부 공격으로부터 사용자를 보호하는 데 도움이 된다. 다양한 서버 위치 서프샤크 VPN은 전 세계 곳곳에 여러 서버가 위치하고 있어, 사용자가 지역 제한된 콘텐츠에 액세스할 수 있다. 해외에서도 로컬 콘텐츠에 손쉽게 접근할 수 있음은 물론이다. 속도와 대역폭 서프샤크 VPN은 빠른 속도와 무제한 대역폭을 제공하여 사용자가 원활한 인터넷 경험을 누릴 수 있도록 지원한다. 온라인 게임, 스트리밍, 다운로드 등 대역폭이 필요한 활동에 이상적이다. 다양한 플랫폼 지원 서프샤크 VPN은 다양한 플랫폼 및 디바이스에서 사용할 수 있다. 윈도우, 맥OS, iOS, 안드로이드 등 다양한 운영체제 및 디바이스에서 호환되어 사용자가 어디서나 안전한 인터넷을 즐길 수 있다. 디바이스 무제한 연결 서프샤크 VPN은 무제한 연결을 제공하여 사용자가 필요할 때 언제든지 디바이스의 갯수에 상관없이 VPN을 사용할 수 있다.