Virtual Threads: Java 21의 경량 동시성 혁신

지난 글에서 CompletableFuture 비동기 파이프라인의 예외 처리를 다뤘습니다. CompletableFuture는 강력하지만 콜백 체인 코드가 복잡해지는 단점이 있습니다. Java 21에서 정식 출시된 Virtual Threads(JEP 444, Project Loom)는 이 문제를 완전히 다른 방식으로 접근합니다. 동기 스타일 코드를 그대로 유지하면서도 수백만 개의 동시 작업을 처리할 수 있는 경량 스레드 모델입니다.

플랫폼 스레드의 한계

기존 Java 스레드(Thread)는 OS 스레드와 1:1로 매핑됩니다. OS 스레드는 다음 두 가지 이유로 수를 늘리기 어렵습니다.

생성 비용: 스레드 하나당 스택 메모리 512KB~1MB 할당
블로킹 낭비: I/O 대기 중에도 OS 스레드를 점유해 CPU는 유휴 상태

동시에 1만 개의 HTTP 요청을 처리하려면 1만 개의 스레드가 필요하고, 이는 메모리와 컨텍스트 스위치 비용으로 현실적이지 않습니다.

Virtual Thread란

Virtual Thread는 JVM이 관리하는 경량 스레드입니다.

캐리어 스레드(Carrier Thread): Virtual Thread가 실제로 실행되는 OS 스레드. ForkJoinPool 기반이며 CPU 코어 수에 비례.
Mount/Unmount: Virtual Thread가 실행될 때 캐리어에 마운트, I/O 블로킹 시 언마운트하여 캐리어를 반환.

Virtual Threads 아키텍처

Virtual Thread가 Thread.sleep(), InputStream.read(), Socket.connect() 같은 블로킹 작업을 만나면 JVM이 자동으로 언마운트합니다. 해당 Virtual Thread는 힙에 보관(parked 상태)되고, 캐리어 스레드는 즉시 다른 Virtual Thread를 실행합니다. 블로킹이 해제되면 사용 가능한 캐리어에 다시 마운트됩니다.

Virtual Thread 생성

// 1. Thread.ofVirtual() (Java 21)
Thread vt = Thread.ofVirtual()
    .name("my-vt")
    .start(() -> System.out.println("Hello VT!"));
vt.join();

// 2. Thread.startVirtualThread (단순 시작)
Thread.startVirtualThread(() -> doWork());

// 3. Executor (권장 — 리소스 관리 포함)
try (var executor = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor()) {
    executor.submit(() -> handleRequest());
}

1만 개 동시 작업 처리

Virtual Thread 생성 및 활용 코드

// 플랫폼 스레드 풀로는 불가능하거나 매우 느린 규모
try (var executor = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor()) {
    IntStream.range(0, 10_000).forEach(i ->
        executor.submit(() -> {
            Thread.sleep(Duration.ofMillis(100)); // 블로킹 I/O 시뮬레이션
            process(i);
        })
    );
} // close() = 모든 Virtual Thread 완료 대기

newVirtualThreadPerTaskExecutor()는 작업마다 새 Virtual Thread를 생성합니다. 플랫폼 스레드와 달리 생성 비용이 거의 없으므로 풀링이 필요 없습니다.

스택 크기와 메모리

	플랫폼 스레드	Virtual Thread
초기 스택	~512KB	~수백 바이트
최대 스택	고정	동적 확장
블로킹 시 메모리	OS 스레드 전체 점유	힙에 연속 스택 저장
10만 개 생성	~50GB 불가	~수십 MB 가능

동기 코드 그대로 사용

Virtual Thread의 가장 큰 장점은 기존 블로킹 코드를 수정하지 않아도 된다는 것입니다.

// 기존 동기 JDBC/HTTP 코드를 Virtual Thread Executor로만 실행
try (var executor = Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor()) {
    List<Future<String>> futures = urls.stream()
        .map(url -> executor.submit(() -> {
            // 기존 동기 HTTP 클라이언트 사용 — 수정 없음
            return httpClient.get(url); // 블로킹이지만 VT가 처리
        }))
        .toList();
    // 결과 수집
    for (var f : futures) System.out.println(f.get());
}

CompletableFuture의 콜백 체이닝이나 리액티브 프로그래밍 없이도 동일한 처리량을 얻을 수 있습니다.

주의사항

스레드 로컬: Virtual Thread도 ThreadLocal을 사용할 수 있지만, 수백만 개가 생성되면 ThreadLocal 값이 메모리를 많이 차지합니다. Java 21의 ScopedValue(JEP 446)가 대안입니다.

풀링 금지: Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor()를 사용하고, Virtual Thread를 직접 풀링하지 마세요. 생성 비용이 매우 낮으므로 불필요합니다.

Pinning(피닝): synchronized 블록이나 Object.wait() 사용 시 Virtual Thread가 캐리어에 고정(pinned)될 수 있습니다. ReentrantLock 사용을 권장합니다.

지난 글: CompletableFuture 비동기 예외 처리 완전 정복

다음 글: 플랫폼 스레드 vs Virtual Thread 심층 비교

읽어주셔서 감사합니다. 😊