[웹 애플리케이션 이해] 동시 요청 - 멀티 쓰레드

멀티 쓰레드가 무엇인지 알아보기 전에, 쓰레드가 무엇인지부터 알아야한다.

 

쓰레드 

• 애플리케이션 코드를 하나 하나 순차적으로 실행하는 것은 쓰레드
• 자바 메인 메서드를 처음 실행하면 main이라는 이름의 쓰레드가 실행
• 쓰레드가 없다면 자바 애플리케이션 실행이 불가능
• 쓰레드는 한 번에 하나의 코드 라인만 수행
• 동시 처리가 필요하면 쓰레드를 추가로 생성

---

 

단일 요청의 경우 - 쓰레드 하나 사용할 때 (에러 X)

쓰레드 하나 사용할 때 클라이언트로부터 아무런 요청이 없다. 쓰레드는 아무 것도 수행하지 않고 휴식 중이다.

 

 

그 때, 클라이언트로부터 요청1이 발생하였고, WAS에서는 휴식 중이던 쓰레드가 클라이언트의 요청과 연결되어 할당된다. 그리고 이는 servlet을 호출한다.

 

위 과정은 쓰레드가 하나 존재할 때, 클라이언트의 요청을 에러 없이 처리하는 과정을 나타낸다.

 

그럼 에러가 존재하게 되는 경우는 어떻게 될까?

 

 

---

 

단일 요청의 경우 - 쓰레드 하나 사용할 때 (에러 O)

똑같이 클라이언트로부터 요청이 없기 때문에 쓰레드는 아무 것도 수행하지 않고 휴식 중이다.

 

 

 

 

그 때 클라이언트 1로부터 요청 1이 발생하였고 WAS는 대기 중이던 쓰레드를 연결하려한다. 그 때 쓰레드와 클라이언트의 요청1 연결 처리가 지연되고 있다. 이는 servlet 호출도 불가능하기 때문에 아직 아무것도 수행할 수 없다.

 

 

 

 

이 때 클라이언트 2로부터 요청 2가 발생하게 되면 쓰레드는 하나 밖에 존재하지 않고 아직 요청 1을 처리하지 못하였기 때문에 요청 2도 당연히 처리할 수 없다. 이렇게 단일 쓰레드일 경우일 때 에러가 발생하게 되면 모든 기능 수행이 불가능하게 된다.

 

따라서, 단일 쓰레드 보다 더욱 안전하면서 효율적인 프로그램 수행을 위해서는 멀티 쓰레드가 요구된다.

 

위 상황에 대한 하나의 극복 방안으로는 요청 마다 쓰레드를 생성하는 방법이 있다.

 

 

---

 

요청 마다 쓰레드 생성

이 처럼 단일 쓰레드가 아닌 요청이 발생할 때마다 그에 맞게 신규 쓰레드를 생성하게 된다면 위 문제점을 극복할 수 있다.

하지만 단점 또한 당연히 존재한다.

 

 

장 / 단점

• 장점
  • 동시 요청을 처리할 수 있다.
  • 리소스(CPU, 메모리)가 허용할 때 까지 처리 가능
  • 하나의 쓰레드가 지연 되어도, 나머지 쓰레드는 정상 동작한다.
• 단점
  • 쓰레드 생성 비용은 매우 비싸다.
    • 고객 요청이 올 때마다 쓰레드를 생성하면, 응답 속도가 늦어진다.
  • 쓰레드는 컨텍스트 스위칭 비용이 발생한다.
  • 쓰레드 생성에 제한이 없기 때문에 고객 요청이 매우 많이 발생하여, 모든 요청의 쓰레드를 생성하다보면 CPU, 메모리 임계점을 넘어 서버가 다운될 수 있다.

 

따라서, 요청이 발생할 때마다 쓰레드를 생성하는 것이 아닌 미리 쓰레디를 여유있게 생성해놓고 요청이 들어오면 그에 맞게 배치하는

쓰레드 풀 방식이 존재한다.

 

 

 

---

미리 200개의 쓰레드를 생성해놓은 쓰레드 풀이 존재하고, 클라이언트 요청에 맞게 하나씩 배치하는 것이다.

 

 

 

 

그리고 쓰레드 풀에 존재하는 모든 쓰레드가 사용되고 있을 때 클라이언트 요청이 들어오면 쓰레드는 적정 수만큼은 대기할 수도 있고, 거절할 수도 있다. 

 

 

 

쓰레드 풀

요청 마다 쓰레드 생성의 단점 보완

• 특징
  • 필요한 쓰레드를 쓰레드 풀에 보관하고 관리한다.
  • 쓰레드 풀에 생성 가능한 쓰레드의 최대치를 관리한다. 톰캣은 최대 200개 기본 설정 (변경 가능하다)
• 사용
  • 쓰레드가 필요하면, 이미 생성되어 있는 쓰레드를 쓰레드 풀에서 꺼내서 사용한다.
  • 사용을 종료하면 쓰레드 풀에 해당 쓰레드를 반납한다.
  • 최대 쓰레드가 모두 사용 중이어서 쓰레드 풀에 쓰레드가 없으면?
    • 기다리는 요청은 거절하거나 특정 숫자만큼만 대기하도록 설정 가능
• 장점
  • 쓰레드가 미리 생성되어 있으므로, 쓰레드를 생성하고 종료하는 비용(CPU)이 절약되고, 응답 시간이 빠르다.
  • 생성 가능한 쓰레드의 최대치가 있으므로 너무 많은 요청이 들어와도 기존 요청은 안전하게 처리할 수 있다.

 

 

실무 팁

• WAS의 주요 튜닝 포인트는 최대 쓰레드(Max thread) 수이다.
• 이 값을 너무 낮게 설정하면?
  • 동시 요청이 많으면, 서버 리소스는 여유롭지만, 클라이언트는 금방 응답 지연
• 이 값을 너무 높게 설정하면?
  • 동시 요청이 많으면, CPU, 메모리 리소스 임계점 초과로 서버 다운
• 장애 발생시?
  • 클라우드면 일단 서버부터 늘리고, 이후에 튜닝
  • 클라우드가 아니면 일단 튜닝

 

 

쓰레드 풀의 적정 숫자

• 애플리케이션 로직의 복잡도, CPU, 메모리, IO 리소스 상황에 따라 모두 다름
• 성능 테스트를 통해 적정 숫자 파악
  • 최대한 실제 서비스와 유사하게 성능 테스트 시도
  • 툴 : 아파치 ab, 제이미터, nGrinder

 

---

WAS의 멀티 쓰레드 지원

• 멀티 쓰레드에 대한 부분은 WAS가 처리한다
• 개발자가 멀티 쓰레드 관련 코드를 신경 쓰지 않아도 된다.
• 개발자는 마치 싱글 쓰레드 프로그래밍을 하듯이 편리하게 소스 코드를 개발한다.
• 멀티 쓰레드 환경이므로 싱글톤 객체(서블릿, 스프링 빈)는 주의해서 사용한다.