스레드 기초 — 동시성 프로그래밍의 시작

지난 글에서 레코드와 직렬화를 마무리했다. 이번부터는 Java 동시성 프로그래밍을 다룬다. 스레드(Thread)는 Java 동시성의 가장 기본 단위다 — 멀티코어를 활용하고, I/O 대기 중 다른 작업을 계속하며, 응답성 높은 애플리케이션을 만들기 위한 핵심 기법이다.

프로세스 vs 스레드

프로세스는 독립된 메모리 공간을 가진 실행 단위다. 프로세스 간에는 메모리를 공유하지 않으므로 통신에 IPC(파이프, 소켓, 공유 메모리)가 필요하다. 스레드는 프로세스 안에서 실행되는 경량 실행 단위다. 같은 프로세스의 스레드들은 힙 메모리와 클래스 로딩 정보를 공유하되, 스택과 PC 레지스터는 각자 독립적으로 가진다.

JVM과 스레드 메모리 구조

JVM 명세는 스레드마다 독립적인 세 가지 메모리 영역을 정의한다.

영역	스코프	내용
PC Register	스레드 고유	다음 실행할 명령 주소
JVM Stack	스레드 고유	메서드 호출 프레임, 지역 변수
Native Method Stack	스레드 고유	JNI 메서드 실행용

힙, 메서드 영역(클래스 정보), 런타임 상수 풀은 모든 스레드가 공유한다. 공유 힙에서 동시 접근이 경쟁 조건(Race Condition)의 원인이 된다.

Thread.State — 6가지 상태

JDK의 Thread.State 열거형은 스레드 생명주기를 6가지로 정의한다.

Thread t = Thread.ofPlatform().start(() -> {
    try { Thread.sleep(1000); } catch (InterruptedException e) {}
});

// 현재 상태 조회
Thread.State state = t.getState();
System.out.println(state); // TIMED_WAITING

Thread.getState()는 스레드 덤프·모니터링 도구에서 병목 진단에 활용된다. 스레드 대부분이 BLOCKED 또는 WAITING 상태라면 락 경쟁이나 대기 문제를 의심한다.

왜 스레드를 사용하는가

1. 멀티코어 CPU 활용

단일 스레드 프로그램은 코어 하나만 사용한다. 8코어 CPU에서 CPU 집약 작업을 8개 스레드로 분할하면 이론적으로 8배 처리량을 얻는다.

2. I/O 대기 중 다른 작업 수행

파일 읽기, DB 쿼리, 네트워크 요청 중 스레드는 대부분 블로킹 대기한다. 별도 스레드에서 I/O를 처리하면 메인 스레드가 다른 요청을 계속 처리할 수 있다.

// I/O를 별도 스레드에서 수행
Thread ioThread = Thread.ofPlatform().start(() -> {
    byte[] data = Files.readAllBytes(Path.of("large.dat")); // 블로킹 OK
    processData(data);
});

// 메인 스레드는 계속 요청 처리
handleOtherRequests();

3. 응답성 (UI, 서버)

GUI 애플리케이션에서 무거운 작업을 메인 스레드에서 실행하면 UI가 멈춘다. 웹 서버에서 각 요청을 독립 스레드에서 처리하면 다른 요청이 지연되지 않는다.

플랫폼 스레드 vs 가상 스레드 (Java 21+)

Java는 두 종류의 스레드를 제공한다.

항목	플랫폼 스레드	가상 스레드
OS 스레드	1:1 매핑	M:N (다수 → 소수)
스택 크기	~1MB	작고 동적
최대 수	수천 개	수백만 개
블로킹	OS 스레드 블로킹	캐리어 스레드 해방
사용 API	동일 (Thread)	동일 (Thread)

// 플랫폼 스레드 (Java 21 새 API)
Thread platform = Thread.ofPlatform()
    .name("worker-1")
    .start(() -> doWork());

// 가상 스레드 (Java 21)
Thread virtual = Thread.ofVirtual()
    .name("vt-1")
    .start(() -> doWork());

가상 스레드는 블로킹 I/O 시 OS 스레드를 점유하지 않고 해방한다. 이 덕분에 요청 수 = 스레드 수 모델(thread-per-request)을 가상 스레드로 구현해도 수천만 동시 요청을 처리할 수 있다.

동시성의 위험

스레드 간 공유 힙 접근은 경쟁 조건을 만든다.

int count = 0; // 힙에 저장

// Thread 1: count++
// Thread 2: count++

// 예상: count = 2
// 실제(경쟁 조건): count = 1 가능
// 이유: count++ = 읽기 + 증가 + 쓰기 (3단계, 원자적이지 않음)

이 문제를 해결하기 위해 synchronized, volatile, AtomicInteger, Lock 등의 동기화 도구가 필요하다. 다음 포스트에서 Thread 클래스와 Runnable 인터페이스로 스레드를 직접 생성하고 다루는 방법을 다룬다.

스레드 생성 API 미리보기

스레드를 만드는 방법은 크게 세 가지다.

// 1. Thread 클래스 직접
Thread t1 = new Thread(() -> System.out.println("Hello"));
t1.start();

// 2. Runnable 구현
Runnable task = () -> System.out.println("Hello");
new Thread(task).start();

// 3. 스레드 팩토리 (Java 21, 권장)
Thread t3 = Thread.ofPlatform().name("my-thread").start(task);
Thread t4 = Thread.ofVirtual().name("vt").start(task);

실전에서는 직접 Thread를 만들기보다 ExecutorService나 가상 스레드 풀을 사용한다. 하지만 기본 원리를 이해하기 위해 Thread 클래스부터 시작한다.

핵심 정리

• 스레드는 프로세스 내 경량 실행 단위 — 힙 공유, 스택은 독립
• Thread.State 6가지: NEW → RUNNABLE → BLOCKED/WAITING/TIMED_WAITING → TERMINATED
• 스레드가 필요한 이유: 멀티코어 활용, I/O 대기 시간 활용, 응답성 향상
• 플랫폼 스레드: OS 스레드 1:1, 가상 스레드(Java 21+): M:N, 수백만 개 가능
• 공유 힙 = 경쟁 조건의 온상 → 동기화 필수

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지난 글: 레코드와 직렬화 — Record Serialization

다음 글: Runnable과 Thread — 스레드 생성과 제어

읽어주셔서 감사합니다. 😊