Go의 고루틴, Kotlin의 코루틴, 그리고 Java 21의 가상 스레드

1. Kotlin 코루틴, Go 고루틴, Java 21의 가상 스레드 요약

• Kotlin 코루틴: Kotlin은 JVM 기반 언어로, 비동기 프로그래밍을 처리하는 데 매우 유용한 코루틴을 도입했습니다. 코루틴은 비동기 처리를 간결하고 효율적으로 만들어주는 기능으로, 스레드를 차단하지 않고 여러 작업을 동시에 처리할 수 있게 도와줍니다.
• Go 고루틴: Go는 동시성을 매우 효율적으로 처리할 수 있는 고루틴을 제공합니다. 고루틴은 경량 스레드로, 운영 체제의 스레드를 직접 사용하지 않고, Go 런타임에서 관리하는 방식으로 동시성 처리를 최적화합니다. Go의 고루틴은 사용하기 간단하며, 동시성 작업을 자동으로 관리해줍니다.
• Java 21 가상 스레드: Java 21은 가상 스레드라는 새로운 기능을 도입하여, JVM 환경에서 경량 스레드를 사용한 동시성 처리를 가능하게 합니다. 가상 스레드는 OS 스레드를 사용하지 않고 JVM 내에서 효율적으로 관리되며, 많은 수의 동시 작업을 처리할 수 있도록 도와줍니다.

이 세 가지 기술은 모두 경량 스레드를 사용하여 효율적인 동시성 처리를 구현하지만, 그 구현 방식은 조금씩 다릅니다.
이 글에서는 각 기술의 특징을 비교하고, 각각이 선택된 이유와 장단점에 대해 살펴보겠습니다.

 

2. Kotlin 코루틴

2.1 코루틴이란?

코루틴(Coroutine) 은 비동기 프로그래밍을 효율적으로 처리하기 위한 기법으로, Kotlin에서 제공하는 강력한 기능 중 하나입니다.
코루틴은 스레드와 비동기 작업을 처리할 때 발생할 수 있는 불필요한 자원 낭비를 최소화하면서도, 여러 작업을 동시에 처리할 수 있게 해줍니다.

코루틴의 가장 큰 특징은, 비동기 함수가 suspend 키워드를 사용하여 정의된다는 점입니다.
이를 통해 특정 작업을 중단(suspend)하고, 다른 작업을 다시 실행(resume) 할 수 있어, 코드가 블로킹되지 않으며 효율적인 동시성 처리가 가능합니다.

2.2 suspend 함수와 비동기 흐름 제어

Kotlin의 코루틴은 suspend 함수와 함께 사용되며, 이를 통해 비동기 작업을 처리합니다. suspend 키워드는 비동기 함수에서 작업을 중단하고, 해당 작업이 끝날 때까지 다른 작업을 처리하도록 허용합니다.

예를 들어, 다음과 같은 비동기 함수가 있다고 가정할 수 있습니다:

suspend fun fetchDataFromNetwork(): String {  
    delay(1000) // 1초 기다림 (네트워크 요청)  
    return "데이터 수신 완료"  
}

위 코드에서 fetchDataFromNetwork 함수는 1초 동안 대기하는 작업을 수행하는데, 이때 스레드를 차단하지 않고 다른 작업을 실행할 수 있습니다. suspend 키워드는 작업을 중단하고 그 흐름을 제어하는 역할을 합니다.

Kotlin의 코루틴은 비동기 흐름을 직관적이고 가독성 좋게 만들 수 있게 도와줍니다.
이를 통해 콜백 지옥이나 복잡한 상태 관리 없이도 비동기 작업을 효율적으로 처리할 수 있습니다.

2.3 Dispatchers와 withContext 활용

Kotlin 코루틴은 Dispatchers를 사용하여 코루틴이 실행될 스레드를 지정할 수 있습니다.
예를 들어, UI 스레드에서 작업을 해야 할 경우나, 백그라운드 스레드에서 비동기 작업을 처리할 경우, Dispatchers를 통해 이를 명시적으로 설정할 수 있습니다.

launch(Dispatchers.IO) {
    // 네트워크 요청 등을 백그라운드 스레드에서 처리
    val data = fetchDataFromNetwork()
    withContext(Dispatchers.Main) {
        // UI 스레드에서 결과를 처리
        updateUI(data)
    }
}

위 예시에서 launch(Dispatchers.IO)는 백그라운드 스레드에서 네트워크 요청을 처리하고, withContext(Dispatchers.Main)는 UI 스레드에서 결과를 업데이트하도록 합니다.
withContext를 사용하면 스레드를 전환하여 작업을 처리할 수 있습니다.

2.4 Kotlin 코루틴의 장점과 단점

장점

• 간결하고 직관적인 코드: 코루틴을 사용하면 비동기 코드가 동기 코드처럼 읽히게 되어, 코드의 가독성이 높아집니다.
• 자원 낭비 최소화: 코루틴은 스레드를 차단하지 않으며, 필요할 때만 대기(suspend) 상태로 들어가므로, 자원 낭비를 최소화할 수 있습니다.
• 코드 흐름 제어: suspend와 withContext 등을 사용하여 비동기 흐름을 명시적으로 제어할 수 있습니다.

단점

• 복잡성: 명시적인 관리가 필요하기 때문에, 코루틴을 제대로 활용하려면 suspend 함수와 Dispatcher 등을 잘 이해하고 있어야 합니다.
• JVM 한계: 코루틴은 JVM에서 동작하기 때문에, JVM의 스레드 관리에 의존합니다. 즉, 스레드 수가 많아질수록 JVM의 오버헤드가 발생할 수 있습니다.

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이렇게 Kotlin 코루틴은 비동기 작업을 효율적으로 처리하는 강력한 도구이며, 특히 스레드 차단 없이 비동기 흐름을 제어하는 데 유리합니다.
하지만 명시적인 관리가 필요하고, JVM 환경에서 실행된다는 점은 고려해야 할 요소입니다.

 

3. Go 고루틴

3.1 고루틴이란?

Go는 동시성을 처리하는 데 있어 매우 효율적인 방법을 제공하는 언어입니다. Go의 고루틴(Goroutines) 은 경량 스레드로, 프로그램 내에서 많은 동시성 작업을 쉽게 처리할 수 있도록 도와줍니다. 고루틴은 Go 런타임에서 관리되며, 시스템 스레드를 직접 사용하지 않고, 런타임에서 관리하는 경량 스레드로 작업을 실행합니다.

Go에서 고루틴을 사용하는 방법은 매우 간단합니다. go 키워드만 사용하여 새로운 고루틴을 생성할 수 있습니다. 예를 들어, 네트워크 요청을 처리하는 고루틴을 생성하려면 다음과 같이 작성할 수 있습니다.

go fetchDataFromNetwork()

이처럼 고루틴은 새로운 스레드를 생성하는 것보다 훨씬 가볍고 빠르며, 운영 체제의 스레드를 직접 생성하지 않기 때문에 자원 소모가 적습니다.

3.2 Go의 동시성 모델: 고루틴과 채널

Go의 핵심 동시성 모델은 고루틴(Goroutines)과 채널(Channels)을 중심으로 구성됩니다.
고루틴은 실제 동작하는 경량 스레드이고, 채널은 고루틴 간에 데이터를 주고받는 통신 수단입니다.
고루틴을 사용하여 병렬 작업을 수행하고, 채널을 통해 고루틴 간의 데이터 전달을 손쉽게 할 수 있습니다.

고루틴은 M:N 모델을 사용하여 운영 체제의 스레드를 적절하게 관리합니다.
즉, Go 런타임은 적은 수의 운영 체제 스레드를 이용해 여러 개의 고루틴을 효율적으로 실행할 수 있게 합니다.
이 방식은 고루틴이 수천, 수백만 개의 작업을 처리하는 데에도 매우 유리합니다.

3.3 고루틴의 스케줄링과 관리

Go에서 고루틴은 자동으로 스케줄링됩니다.
개발자는 고루틴을 생성하는 go 키워드를 사용하면, Go 런타임이 스케줄링과 관리를 담당합니다.
이 덕분에 개발자는 직접 스레드를 관리하거나, 복잡한 스케줄링을 신경 쓸 필요가 없습니다.

Go의 고루틴은 논리적 스레드(logical threads) 라고 할 수 있으며, 운영 체제의 물리적 스레드(physical threads) 와는 다릅니다.
Go 런타임은 이러한 고루틴들을 효율적으로 관리하며, 운영 체제의 스레드 풀에 고루틴을 분배하여 실행합니다.

Go는 M:N 모델을 채택하여, N개의 운영 체제 스레드로 M개의 고루틴을 실행할 수 있습니다.
이는 적은 자원으로 많은 동시성 작업을 처리할 수 있게 하여 수천, 수백만 개의 고루틴을 효율적으로 관리할 수 있습니다.

3.4 Go 고루틴의 장점과 단점

장점

• 간단한 동시성 처리: go 키워드를 사용하여 매우 간단하게 고루틴을 생성할 수 있습니다.
• 자동 스케줄링: Go 런타임이 고루틴을 자동으로 관리하고 스케줄링하므로, 개발자는 스레드 관리에 신경 쓸 필요가 없습니다.
• 경량화된 스레드: 고루틴은 시스템 스레드보다 훨씬 적은 자원을 소모하므로, 대규모 동시성 처리가 필요할 때 매우 유리합니다.
• 고루틴과 채널을 통한 동시성 제어: Go의 채널을 사용하면 고루틴 간의 안전하고 효율적인 데이터 전달이 가능합니다.

단점

• 병렬 처리에 한계: Go의 고루틴은 다중 CPU 코어를 효과적으로 활용할 수 있지만, 병렬 처리에 있어서 스레드 수 제한이 있을 수 있습니다.
• 런타임 의존성: 고루틴의 스케줄링과 관리가 Go 런타임에 의존하므로, 런타임의 동작에 따라 성능이 달라질 수 있습니다.
• 동시성의 복잡성: Go의 동시성 모델은 간단하지만, 고루틴이 많아지면 데이터 경쟁(race condition)과 같은 동기화 문제가 발생할 수 있습니다.

 

4. Java 21의 가상 스레드

4.1 Java 21의 가상 스레드 소개

Java 21은 가상 스레드(Virtual Threads) 라는 기능을 도입하여, 동시성 처리의 효율성을 획기적으로 개선했습니다.
기존 Java에서 스레드는 운영 체제의 스레드를 직접 사용하면서 시스템 자원을 차지하고, 많은 수의 스레드를 처리하는 데 한계가 있었습니다.
하지만 가상 스레드는 이러한 문제를 해결하면서, 경량 스레드 모델을 도입하여 더 적은 자원으로 더 많은 동시성 작업을 처리할 수 있게 합니다.

가상 스레드는 기존 Thread 객체와 호환되며, JVM 내에서 관리됩니다.
운영 체제의 스레드 대신 JVM이 직접 관리하는 가상 스레드를 사용함으로써, 수천 개의 스레드를 실행할 때 발생할 수 있는 메모리 소비와 오버헤드를 크게 줄일 수 있습니다.

4.2 가상 스레드와 기존 스레드 모델의 차이

기존 Java의 스레드(Thread)는 운영 체제의 스레드로, 각 스레드는 운영 체제 자원을 차지하며 시스템 수준에서 관리됩니다.
이런 방식은 동시성이 중요한 애플리케이션에서 스레드 수가 많아지면 시스템 자원의 낭비를 초래할 수 있습니다.

반면, Java 21에서 도입된 가상 스레드는 JVM 내에서 관리됩니다.
즉, 운영 체제의 스레드를 직접 사용하지 않고, JVM이 동적으로 스케줄링하여 가상 스레드를 처리합니다.
이 방식은 M:N 스케줄링 모델을 채택하여, 적은 수의 물리적 스레드로 수많은 가상 스레드를 처리할 수 있게 됩니다.
이로 인해 많은 동시성 작업을 효율적으로 처리할 수 있으며, 기존의 Java 스레드 모델보다 훨씬 적은 자원을 소모합니다.

4.3 가상 스레드의 스케줄링 및 동시성 처리

Java 21의 가상 스레드는 JVM에서 자동으로 관리되며, 개발자는 이를 직접 스케줄링하거나 관리할 필요가 없습니다.
가상 스레드는 스레드 풀에서 실행되며, JVM은 이를 효율적으로 분배하여 동시성 작업을 처리합니다.

기존 Java에서 동시성 처리를 위해 스레드 풀이나 ExecutorService를 사용했다면, 가상 스레드를 사용할 경우에도 동일한 방식으로 ExecutorService를 이용할 수 있습니다.
가상 스레드는 JVM 내에서 관리되므로 운영 체제 스레드의 한계를 뛰어넘어 수천, 수백만 개의 동시성 작업을 효율적으로 처리할 수 있습니다.

4.4 Java 21 가상 스레드의 장점과 단점

장점

• 효율적인 동시성 처리: 가상 스레드는 운영체제 스레드를 사용하지 않기 때문에, 자원 낭비가 적고, 많은 동시 작업을 처리할 수 있습니다.
• 기존 API와의 호환성: 가상 스레드는 기존의 Thread와 ExecutorService와 호환되므로, 기존 코드를 수정하지 않고도 경량 스레드를 도입할 수 있습니다.
• 자동 스케줄링: 가상 스레드는 JVM이 자동으로 관리하므로, 개발자는 스레드 관리에 대한 부담 없이 동시성 작업을 처리할 수 있습니다.
• 높은 확장성: 기존의 운영 체제 스레드 모델에 비해 수천 개 이상의 동시성 작업을 효율적으로 처리할 수 있어, 대규모 애플리케이션에 적합합니다.

단점

• JVM 종속성: 가상 스레드는 JVM 내에서 관리되므로, JVM에 종속됩니다.
• 운영 체제 스레드와의 차이: 가상 스레드는 운영 체제 스레드와 다르게 동작하므로, 저수준의 시스템 제어가 필요한 작업에선 적합하지 않을 수 있습니다.

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Java 21의 가상 스레드는 기존의 스레드 모델에 비해 효율적이고 가벼운 동시성 처리를 가능하게 하며, 수천 개 이상의 동시성 작업을 처리할 수 있는 높은 확장성을 제공합니다.
이는 특히 웹 서버, 대규모 데이터 처리, 병렬 연산 등이 중요한 애플리케이션에서 큰 장점으로 작용할 것입니다.

 

5. Kotlin 코루틴, Go 고루틴, Java 21의 가상 스레드 비교

5.1 공통 개념

Kotlin 코루틴, Go 고루틴, Java 21 가상 스레드 모두 경량 스레드 방식으로 동작한다.

5.2 동시성 처리 방식

• Kotlin 코루틴: Kotlin의 코루틴은 명시적 관리가 필요하며, suspend 함수와 Dispatchers를 통해 스레드를 제어합니다. 코루틴은 비동기 작업을 처리하면서 블로킹 없이 실행되지만, 스케줄링을 명시적으로 정의해야 하므로 개발자가 직접 관리해야 합니다. 특히 withContext와 같은 기능을 통해 특정 스레드에서 작업을 전환할 수 있습니다.
• Go 고루틴: 고루틴은 자동으로 스케줄링되며, 운영 체제의 스레드를 직접 사용하지 않고, Go 런타임이 고루틴을 관리합니다. 고루틴은 간단한 동시성 처리를 위해 설계되었으며, 자동화된 스케줄링 덕분에 개발자는 스레드 관리에 대해 신경 쓸 필요가 없습니다. Go는 채널(Channels)을 통해 고루틴 간의 통신을 관리하고, 동기화와 데이터 전달을 손쉽게 처리할 수 있습니다.
• Java 21 가상 스레드: Java의 가상 스레드는 JVM에서 자동으로 스케줄링됩니다. 기존의 Thread나 ExecutorService와 동일한 방식으로 가상 스레드를 활용할 수 있으며, 스레드 풀에서 실행되는 방식으로 동작합니다. Java 가상 스레드는 운영 체제의 스레드를 사용하지 않기 때문에, 동시성 작업을 효율적으로 처리할 수 있습니다. 개발자는 스레드 관리에 대해 신경 쓸 필요 없이, 기존의 스레드 기반 API를 그대로 사용할 수 있습니다.

5.3 장점과 단점 비교

	Kotlin 코루틴	Go 고루틴	Java 21 가상 스레드
개발 용이성	명시적 관리 필요 (비동기 흐름 제어가 가능)	자동 스케줄링 (간단한 동시성 처리)	기존 Thread와 호환 (기존 코드 수정 없이 사용 가능)
동시성 처리	스케줄러 제어 가능, 스레드 전환 가능	자동 스케줄링 및 간단한 고루틴 관리	자동 스케줄링 및 많은 동시 작업 처리 가능
자원 관리	스레드 차단 없음 (경량 스레드로 자원 낭비 최소화)	경량 스레드로 적은 자원 사용	JVM 내 관리 (운영 체제 스레드 사용하지 않음)
확장성	JVM에 의존 (스레드 수가 많으면 JVM 오버헤드 발생 가능)	수천 개 고루틴을 효율적으로 처리	수천 개 가상 스레드 처리 가능
호환성	JVM 기반 (Java 및 Kotlin 프로젝트와 호환 가능)	Go 런타임에 의존 (Go 생태계에서만 사용 가능)	기존 Thread와 호환 (기존 Java 코드와 호환 가능)
복잡성	명시적 관리가 필요하여 상대적으로 복잡함	자동 관리되어 개발자가 신경 쓸 필요 없음	자동 관리되지만, JVM에 의존성 있음

5.4 어떤 기술을 선택해야 할까?

Kotlin 코루틴:

• 복잡한 비동기 로직이 필요한 경우, 즉 비동기 흐름을 동기적으로 작성하려는 경우에 유리합니다. 특히 Kotlin을 사용하는 프로젝트에서 suspend 함수와 코루틴 스코프를 잘 활용하면, 코드 가독성과 유지보수성이 뛰어난 동시성 처리를 할 수 있습니다. 하지만 명시적인 관리가 필요하기 때문에, 비동기 처리에 대한 깊은 이해가 필요합니다.

Go 고루틴:

• 단순하고 효율적인 동시성 처리가 필요한 경우에 적합합니다. Go는 고루틴과 채널을 통해 동시성 모델을 간단하고 직관적으로 관리할 수 있습니다. 자동 스케줄링 덕분에 개발자가 스레드를 관리할 필요가 없고, Go 런타임이 이를 효율적으로 처리하므로 쉽게 동시성 처리를 구현할 수 있습니다. 다만, Go 언어를 사용할 때만 적합하므로, 다른 언어와의 호환성에 제약이 있을 수 있습니다.

Java 21 가상 스레드:

• Java 환경에서 많은 동시성 작업을 효율적으로 처리하려는 경우에 적합합니다. 기존 Thread와 ExecutorService와의 호환성 덕분에 기존의 Java 코드에 큰 수정 없이 가상 스레드를 도입할 수 있습니다. 자동 스케줄링 기능 덕분에 수천 개의 동시성 작업도 처리할 수 있지만, JVM 의존성이 있으므로 JVM 성능에 영향을 받을 수 있습니다.

5.5 결론

• Kotlin 코루틴:
  • 비동기 로직을 동기식으로 작성하고 싶거나, UI 스레드와 분리된 백그라운드 작업을 처리해야 할 때 유용합니다.
  • Android 애플리케이션에서 네트워크 요청이나 I/O 작업을 비동기적으로 처리할 때 적합합니다.
• Go 고루틴:
  • 간단한 동시성 처리가 필요한 네트워크 서버나 병렬 처리가 중요한 시스템에서 적합합니다.
  • 수천 개의 요청을 처리해야 하는 웹 애플리케이션에서 성능 최적화를 위해 사용됩니다.
• Java 21 가상 스레드:
  • 기존 Java 코드와의 호환성이 중요한 경우, 대규모 동시성 처리가 필요한 웹 서버나 데이터베이스 쿼리 처리에 적합합니다.
  • 기존 Thread 기반 시스템을 최적화하고 싶을 때 선택할 수 있습니다.

세 가지 기술은 모두 동시성 처리를 효율적으로 구현할 수 있는 강력한 도구들입니다.
각 기술을 선택할 때는 사용하는 언어, 기존 코드와의 호환성, 그리고 프로젝트의 요구사항에 맞춰 적절한 기술을 선택하는 것이 중요합니다.