[Spring Boot] 6. Java 21 가상 스레드 VS 기존 스레드

1. 가상 스레드 개념 정리

등장 배경: 기존 스레드의 한계

기존의 Java 스레드(Platform Thread)는 OS 스레드와 1:1로 매핑됩니다.

• 리소스 소모: 스레드 하나 생성 시 약 1MB~2MB의 메모리가 필요합니다.
• 컨텍스트 스위칭 비용: 스레드 전환 시 OS 커널이 개입하므로 CPU 비용이 큽니다.
• 확장성 문제: 수천 명의 동시 접속자를 처리하려면 수천 개의 스레드가 필요한데, 메모리 한계로 인해 서버가 버티지 못하는 '스레드 고갈' 현상이 발생합니다.

가상 스레드(Virtual Thread)란?

JVM이 관리하는 경량 논리 단위로, OS 스레드와 직접 연결되지 않습니다.

• 수백만 개 생성 가능: 메모리를 KB 단위로 아주 적게 사용하여 일반 노트북에서도 수십만 개 이상을 동시에 띄울 수 있습니다.
• M:N 매핑: 수많은 가상 스레드가 소수의 실제 OS 스레드(Carrier Thread) 위에서 번갈아 가며 실행됩니다.
• Non-blocking처럼 동작: I/O 작업(DB 조회 등)으로 대기 상태가 되면, JVM이 해당 가상 스레드를 OS 스레드에서 내려놓고(Unmount) 다른 가상 스레드를 실행합니다.

주요 특징 요약

특징 기존 스레드 (Platform) 가상 스레드 (Virtual)

생성 비용	매우 높음 (스레드 풀 필수)	매우 낮음 (필요할 때마다 생성)
메모리 점유	MB 단위 (무거움)	KB 단위 (매우 가벼움)
개수 제한	수백 ~ 수천 개	수십만 ~ 수백만 개
주요 용도	CPU 집약적 작업	I/O 집약적 작업 (웹 서버 등)

---

2. Java 코드 비교 (직접 사용할 때)

기존에는 스레드를 아껴 쓰기 위해 **풀링(Pooling)**을 했지만, 가상 스레드는 작업당 하나씩(Per-task) 던지는 것이 핵심입니다.

[기존 방식: Fixed Thread Pool]

// 스레드를 10개로 제한하고 돌려막기
try (var executor = Executors.newFixedThreadPool(10)) {
    for (int i = 0; i < 100; i++) {
        executor.submit(() -> {
            Thread.sleep(1000); // 여기서 스레드가 1초간 점유됨
            return null;
        });
    }
}

[가상 스레드 방식: Virtual Thread Per Task]

// 작업이 올 때마다 새로운 가상 스레드 생성 (제한 없음)
try (var executor = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor()) {
    for (int i = 0; i < 10000; i++) { // 1만 개를 동시에 띄워도 멀쩡함
        executor.submit(() -> {
            Thread.sleep(1000); // JVM이 알아서 스레드를 효율적으로 관리
            return null;
        });
    }
}

---

3. k6를 통한 성능 비교

[테스트용 k6 스크립트]

import http from 'k6/http';
import { sleep } from 'k6';

export const options = {
  vus: 500,        // 동시 접속자 500명
  duration: '30s', // 30초 동안 테스트
};

export default function () {
  http.get('<http://localhost:8080/api/slow-job>'); // 1초 대기가 있는 API
  sleep(0.1);
}

[예상 결과 리포트]

지표 기존 스레드 (Pool 200개) 가상 스레드 (Virtual)

처리량 (TPS)	약 180 ~ 200 req/s	약 450 ~ 500 req/s
평균 응답 시간	약 2.5초 (대기 발생)	약 1.0초 ~ 1.1초 (대기 없음)

---

4. Spring Boot에서의 활용

Spring Boot 환경에서는 개발자가 직접 위와 같은 스레드 관리 코드를 짤 필요가 거의 없습니다. 내장 톰캣(Tomcat)이 일꾼(스레드)을 배분하는 역할을 자동으로 수행하기 때문입니다.

우리는 단순히 **설정 파일(yml)**을 통해 톰캣이 "무거운 정직원 스레드" 대신 "가벼운 가상 스레드"를 사용하도록 엔진만 갈아끼워 주면 됩니다.

application.yml 설정 (Spring Boot 3.2+ / Java 21+)

spring:
  threads:
    virtual:
      enabled: true

• 효과: 위 설정을 켜는 순간, 톰캣은 요청 하나당 가상 스레드 하나를 할당합니다.
• 결과: 기존처럼 스레드 풀 크기(max-threads)를 고민하며 튜닝할 필요가 없어지며, I/O 작업이 많은 서비스에서 비약적인 성능 향상을 얻을 수 있습니다.

결론적으로, 가상 스레드는 "코드는 동기식으로 편하게 짜되, 성능은 비동기식의 효율을 내는" 기술!!