ThreadLocal
ThreadLocal
각각의 스레드 별로 별도의 저장 공간을 제공하는 컨테이너로 스레드 단위로 로컬 변수를 할당할 수 있다.
각 스레드가 자신만의 데이터를 가질 수 있고, 다른 스레드와 공유하지 않아, 멀티 스레드 환경에서도 스레드 간 데이터 공유와 동기화 문제를 해결할 수 있다.
일반 변수의 수명은 특정 코드 블록(메서드, for 블록범위 등) 내에서만 유효하다.
반면에 ThreadLocal을 이용하면 쓰레드 영역에 변수를 설정할 수 있기 때문에, 특정 쓰레드가 실행하는 모든 코드에서 그 쓰레드에 설정된 변수 값을 사용할 수 있도록 해준다.
특징
- 각 스레드는 ThreadLocal객체에 저장된 값을 독립적으로 관리하기 때문에, 다른 스레드에서 같은 ThreadLocal 객체를 사용하더라도, 스레드의 값은 서로 다르다.
- 특정 스레드가 ThreadLocal에 저장한 값은 그 스레드가 종료될 때까지 유지되기 때문에, 특정 상태나 데이터를 유지할 수 있다.
- ThreadLocal 객체를 생성하고, set(), get(), remove() 메서드를 사용하여 값을 설정, 사용하고 삭제할 수 있다.
사용법
- ThreadLocal 객체를 생성한다.
- ThreadLocal.set() 메서드를 이용해서 현재 쓰레드의 로컬 변수에 값을 저장한다.
- ThreadLocal.get() 메서드를 이용해서 현재 쓰레드의 로컬 변수 값을 가져온다.
- ThreadLocal.remove() 메서드를 이용해서 현재 쓰레드의 로컬 변수 값을 삭제한다.
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public class ThreadLocalExample {
// 현재 스레드와 관련된 로컬 변수 생성
private static final ThreadLocal<Integer> threadLocalValue = ThreadLocal.withInitial(() -> 0);
public static void main(String[] args) {
Runnable task = () -> {
// 값 세팅
threadLocalValue.set((int) (Math.random() * 100));
System.out.println("Thread local value: " + threadLocalValue.get());
};
Thread thread1 = new Thread(task);
Thread thread2 = new Thread(task);
Thread thread3 = new Thread(task);
thread1.start();
thread2.start();
thread3.start();
// 값 읽어오
System.out.println(threadLocalValue.get());
}
}
사용
ThreadLocal은 한 스레드에서 실행되는 코드가 동일한 객체를 사용할 수 있도록 해 주기 때문에 쓰레드와 관련된 코드에서 파라미터를 사용하지 않고 객체를 전파하기 위한 용도로 주로 사용한다.
- Spring Security에서 사용자 인증 정보를 전파할 때 사용된다. 인증 정보를 스레드 로컬 저장소에 저장하여 해당 스레드 내에서 어디서든 참조 가능하도록 한다.
- 각 스레드가 독립적인 데이터베이스 연결을 유지할 수 있게 하여, 스레드 간의 데이터베이스 연결 충돌을 방지합니다.
- 특정 스레드에서 트랜잭션 정보를 저장, 관리할 수 있다.
- 트랜잭션 매니저는 트랜잭션 컨텍스트(트랜잭션 ID)를 스레드 단위로 관리한다. 이를 통해 스레드에서 트랜잭션이 유지되는 동안 트랜잭션 정보를 안전하게 저장하고, 다른 스레드와 트랜잭션이 섞이지 않도록 한다.
- 각 스레드가 독립적인 데이터를 보관할 수 있게 하여 스레드 안전성을 보장하며, 동시에 여러 스레드가 같은 변수를 수정하지 않게 하여 경합 조건(race condition)을 예방할 수 있. 이 외에도 쓰레드 기준으로 동작해야 하는 기능을 구현할 때 ThreadLocal을 유용하게 사용할 수 있다.
하지만 스레드가 종료된 후에도 ThreadLocal에 정보가 남아있어 메모리 누수가 생길 수 있다. 따라서 메모리 누수를 방지하기 위해서는 스레드의 사용이 끝난 후
remove 메서드를 호출해 값을 삭제하는 것이 좋다.
또한 ThreadLocal의 사용은 상태를 관리하는데 오히려 더 복잡해질 수 있다.
ThreadLocal 메서드
ThreadLocal 클래스의 initialValue() 메서드
각 스레드가 독립적으로 관리해야 하는 데이터의 초기값을 설정할 때 사용되며 로그인 사용자 정보, 트랜잭션 관리를 위한 초기 상태등을 초기화 한다.
withInitial()
각 스레드가 처음 사용할 때 초기값을 지정한다.
스레드가 해당 변수에 처음 접근할 때만 호출되며, 이후에는 호출되지 않는다.
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private static ThreadLocal<Integer> threadLocalValue = ThreadLocal.withInitial(() -> 1);
set(T value)
ThreadLocal 변수에 값을 저장한다. 각 스레드마다 독립적으로 값을 저장하기 때문에 다른 스레드의 값을 볼 수 없다.
get()
현재 스레드에 저장된 값을 반환한다. 값이 설정된 적이 없으면 기본 값은 null이 된다.
remove()
현재 스레드의 ThreadLocal 값을 제거한다.
이 메서드는 메모리 누수를 방지하는 데 중요한 역할을 하나다. 특히 스레드 풀을 사용하는 경우, 스레드가 재사용 된다ㅏ.
이전 스레드에서 사용한 값이 남아있을 수 있기 때문에 명시적으로 remove()를 호출해야 한다.
remove() 메서드를 호출 시, 현재 스레드와 연결된 ThreadLocal 값이 ThreadLocalMap에서 제거된다.
- remove() 메서드 호출 시점
- remove() 메서드가 호출되면, 현재 스레드에 할당된 ThreadLocalMap에서 해당 ThreadLocal 객체에 대한 참조가 삭제된다.
- 따라서, 해당 스레드와 연결된 ThreadLocal 값에 더 이상 접근할 수 없다.
- ThreadLocal에 저장된 값에 대한 참조가 사라져, 해당 값은 더 이상 사용되지 않기 때문에 JVM의 Garbage Collector(GC)에 의해 수거될 수 있는 상태가 된다.
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실제 메모리에서의 삭제 시점 ThreadLocalMap에서 참조가 제거되면, 더 이상 참조되지 않기 때문에 GC에 의해서 수거된다. 따라서 GC의 작동 시점에 달려 있다.
- 가비지 컬렉션과의 관계
약한 참조(Weak Reference): ThreadLocalMap은 ThreadLocal 키를 약한 참조로 저장한다.
ThreadLocal 객체가 더 이상 강한 참조를 가지고 있지 않으면 GC에 의해 수거될 수 있다. 하지만, ThreadLocal에 연결된 값은 여전히 강한 참조로 유지되기 때문에 remove()를 호출해 해당 참조를 해제하지 않으면 메모리 누수가 발생한다.
스레드 풀의 구조
- 스레드 풀은 일정 수의 스레드를 미리 생성한 후, 작업이 들어오면 그 중 쉬고 있는 스레드를 할당해 작업을 처리한다.
- 작업이 끝나면 그 스레드는 다시 풀로 반환되어 재사용된다.
- 톰캣과 같은 서버는 요청이 들어올 때마다 새로운 스레드를 생성하지 않고, 스레드 풀을 사용해 요청을 처리한다.
왜 ThreadLocal과 스레드 풀에서 주의해야 하나?
ThreadLocal 변수는 스레드마다 고유한 값을 저장할 수 있지만, 스레드를 재사용하는 경우 이전 작업에서 남은 값이 새로운 작업에 영향을 줄 수 있다.
이전 사용자의 값이 남아있다면 데이터가 섞인다.
따라서 ThreadLocal을 사용한 스레드가 작업을 완료한 후에는 반드시 remove() 메서드를 호출해 해당 값을 삭제해야, 다른 작업에 영향을 미치지 않는다.
톰캣과 같은 서블릿 컨테이너는 스레드 풀을 사용해 HTTP 요청을 처리한다.
스레드 팩토리
Java에서 스레드를 생성할 때 사용되는 인터페이스로, 개발자는 스레드를 직접 커스터마이징할 수 있다.
특히, 스레드 풀에서 새로운 스레드를 만들 때 유용하다.
- 스레드 생성 방식을 표준화할 수 있다. 스레드의 이름, 우선순위 설정, 데몬 스레드 여부를 통일할 수 있다.
- 스레드 풀을 사용할 때, 스레드 팩토리를 지정하면 스레드 풀이 내부적으로 새로운 스레드를 생성할 때 스레드 팩토리를 통해 생성된 스레드를 사용한다.
- 스레드팩토리를 구현하면 로깅, 모니터링 등 특정 동작을 수행하는 스레드를 만들 수 있다.
스레드 클래스의 run 메서드에서 ThreadLocal.remove()를 호출하여 스레드 종료 전에 변수를 제거할 수 있다.
ThreadLocal.withInitial()
초기값을 설정하는 메서드로 변수의 초기화 로직을 간소화할 수 있다.
모든 스레드가 동일한 초기값을 갖기 때문에 일관성을 유지할 수 있으며 초기값 설정이 변수 선언과 동시에 일어나기 때문에 코드가 가독성이 좋다.
제거한 변수를 다시 사용하려면?
ThreadLocal의 remove() 메서드를 호출하면 해당 스레드에 대한 값이 삭제되지만, 해당 ThreadLocal 변수가 여전히 존재하기 때문에 다시 접근할 수 있다.
- 초기화 : set() 메서드를 사용하여 새로운 값을 설정한다.
- 재사용 : remove() 메서드를 사용하여 값을 제거한 후, 다시 get()메서드를 호출함면 초기값이 제공되는 경우 초기값을 반환받거나, get() 멤서드로 직접 새로운 값을 설정해야 한다.
ThreadPoolExecutor
java.util.concu rrent 패키지에 포함된 클래스 중 하나로 스레드 풀을 관리한다.
- beforeExecute()와 afterExecute() 메서드는 작업이 실행되기 전, 후에 실행된다.
- execute(), submit() 메서드는 작업을 큐에 추가하고 실행하는 방법을 정의한다.
beforeExecute(), afterExecute()
beforeExecute()
스레드가 작업을 실행하ㅏ기 전에 호출된다.
이 메서드를 오버라이드하여 작업 실행 전 특정 작업(로깅, 매트릭 수집)을 수행한다.
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protected void beforeExecute(Thread t, Runnable r) {
super.beforeExecute(t, r);
log.info("Before executing ====> {}", r);
}
afterExecute()
스레드가 작업을 완료한 후 호출된다.
이 메서드를 오버라이드하여 작업 완료 후 특적 작업(로깅, 리소스 정리)을 수행한다.
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protected void afterExecute(Runnable r, Throwable t) {
super.afterExecute(r, t);
if (t != null) {
log.info("Task encountered an exception ====> {} ", t);
} else {
System.out.println("Task completed successfully ====> {}", r);
}
}
execute(), submit()
위의 메서드를 사용하여 작업을 큐에 추가하고 실행할 수 있다.
execute()
Runnalbe 작업을 받아들이고 실행한다.
결과를 반환하지 않고, 작업이 완료될 때 예외가 발생하는 경우 예외를 처리할 수 없닫.
주로 결과가 필요없는 단순작업에 사용된다.
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ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(2, 4, 60, TimeUnit.SECONDS, new LinkedBlockingQueue<>());
executor.execute(() -> {
// 로직 수행
});
submit()
Callable 작업을 실행하고, 결과를 Future 객체로 반환한다.
작업의 결과를 비동기적으로 받을 수 있으며, 예외가 발생할 경우 Future를 통해 예외를 확인할 수 있다.
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Future<Integer> future = executor.submit(() -> {
// 로직 수행
return 42;
});