Java 22 ScopedValue와 StructuredTaskScope

위 이미지는 어플리케이션에서 여러 스레드가 동시에 실행되고 있으며, 각 스레드 내부에 고유한 ScopedValue 를 사용하는 프로세스를 추상적으로 표현합니다. 이러한 구조는 스레드 간의 데이터 격리와 컨텍스트별 데이터 관리의 중요성을 강조합니다.

 

ScopedValue는 Java의 최신 동시성 모델에서 제공하는 개념으로, 특정 스코프나 실행 컨텍스트 내에서 값을 제공하는 메커니즘입니다. 이는 구조화된 동시성을 지원하며, 특히 프로젝트 Loom과 같은 새로운 Java 기능들과 함께 도입되어, 가벼운 스레드(가상 스레드)와 같은 현대적인 동시성 패턴을 더 잘 지원하고자 합니다. ScopedValue의 핵심 아이디어는 스레드 또는 작업에 따라 달라지는 값들을 관리하고, 실행 컨텍스트가 변경될 때 이러한 값들이 자동으로 적절하게 관리되도록 하는 것입니다.

사용 방법

ScopedValue의 사용 방법은 특정 스코프 내에서 값을 설정하고, 그 값을 스코프가 적용되는 범위 내에서 접근하는 것입니다. 기본적으로 ScopedValue는 스코프에 진입할 때 값을 설정하고, 스코프를 벗어날 때 설정된 값을 정리하는 라이프사이클을 가집니다. 이를 통해 동일한 코드 블록이 다른 실행 컨텍스트에서 실행될 때 서로 다른 값을 사용할 수 있게 됩니다.

예제 코드

아래는 ScopedValue를 사용하는 간단한 예시입니다. 이 예시는 실제 ScopedValue API의 동작을 단순화한 것으로, 실제 구현에서는 Java의 특정 버전에 따라 다를 수 있습니다.

// 이 예제는 구조화된 동시성과 ScopedValue의 개념적 사용 예시를 보여줍니다.
// 실제 사용을 위해서는 Java의 최신 버전과 해당 문서를 참조하세요.

public class ScopedValueExample {
    // ScopedValue 선언
    private static final ScopedValue<String> currentUser = ScopedValue.create("DefaultUser");

    public static void main(String[] args) throws Exception {
        // 메인 스코프에서의 사용자 이름 설정
        try (var mainScope = new ScopedValue.Scope()) {
            currentUser.set("Alice");
            System.out.println("Main Scope User: " + currentUser.get());

            // 새로운 스코프에서의 사용자 이름 설정
            try (var innerScope = new ScopedValue.Scope()) {
                currentUser.set("Bob");
                System.out.println("Inner Scope User: " + currentUser.get());
            }

            // 이전 스코프로 돌아왔을 때의 사용자 이름 확인
            System.out.println("Back to Main Scope User: " + currentUser.get());
        }
    }
}

 

이 예시에서는 currentUser라는 ScopedValue 인스턴스를 사용하여 다른 스코프에서 다른 사용자 이름을 관리합니다. 메인 스코프에서는 사용자 이름을 "Alice"로 설정하고, 내부 스코프에서는 "Bob"으로 변경합니다. 내부 스코프를 벗어나면, ScopedValue는 자동으로 메인 스코프에서 설정한 값("Alice")으로 돌아갑니다. 이런 방식으로 ScopedValue는 실행 컨텍스트에 따라 값의 범위를 관리할 수 있게 해줍니다.

주의사항

• ScopedValue의 사용은 특정 Java 버전 이상에서만 가능합니다. 사용하기 전에 프로젝트가 사용하는 Java 버전이 이 기능을 지원하는지 확인하세요.
• 실제 사용 시에는 ScopedValue의 정확한 구현 방법과 API 문서를 참조하여 적절히 사용해야 합니다. 예시 코드는 개념을 설명하기 위한 것으로, 실제 API 호출 방식과 다를 수 있습니다

.ScopedValue는 현대적인 동시성 프로그래밍에서 매우 유용한 도구로, 실행 컨텍스트에 따른 값의 범위 관리를 통해 코드의 가독성과 안정성을 높일 수 있습니다.

ScopedValue as an alternative to ThreadLocal

ScopedValue를 ThreadLocal의 대안으로 사용하는 것은 Java에서 스레드별 데이터 저장 및 접근 방식을 개선하기 위한 접근 방법 중 하나입니다. ThreadLocal은 스레드별로 변수의 복사본을 관리하여, 각 스레드가 자신만의 변수 인스턴스를 가질 수 있도록 합니다. 이는 다중 스레드 환경에서 데이터 격리를 제공하지만, 사용과 관리가 복잡하고 메모리 누수 등의 문제를 야기할 수 있습니다.

ScopedValue의 이점

ScopedValue는 이러한 ThreadLocal의 사용성과 관리 문제를 해결하고자 하는 대안으로 제시될 수 있습니다. 다음은 ScopedValue가 ThreadLocal에 비해 제공할 수 있는 몇 가지 이점입니다:

1. 컨텍스트 기반의 접근 제어: ScopedValue는 실행 컨텍스트나 스코프를 기반으로 데이터를 관리하므로, 스레드가 아닌 작업의 논리적 단위에 따라 데이터의 범위를 정의할 수 있습니다. 이는 특히 현대의 비동기 프로그래밍 모델에서 유리하며, 데이터의 생명주기를 더 명확하게 관리할 수 있게 합니다.
   
   
2. 메모리 누수 방지: ThreadLocal을 사용할 때는 스레드가 종료된 후에도 ThreadLocal에 저장된 데이터가 GC(가비지 컬렉터)에 의해 회수되지 않는 경우가 발생할 수 있습니다. ScopedValue는 명시적인 스코프 관리를 통해 이러한 문제를 방지할 수 있습니다. 즉, 스코프가 종료될 때 자동으로 관련 데이터를 정리할 수 있으므로 메모리 누수의 위험을 줄일 수 있습니다.
   
   
3. 향상된 가독성 및 유지보수성: ScopedValue를 사용하면 데이터의 스코프와 생명주기가 명확해지므로, 코드의 가독성과 유지보수성이 개선됩니다. 개발자는 스레드의 실행 컨텍스트와 관련된 데이터의 흐름을 더 쉽게 이해하고 추적할 수 있습니다.

사용 시나리오

• 웹 요청 처리: 각 요청을 처리하는 스레드에 요청별 정보를 저장하여, 요청 처리 과정에서 필요한 데이터에 쉽게 접근할 수 있습니다.
  
  
• 비동기 프로그래밍: 비동기 작업의 실행 컨텍스트에 따라 필요한 설정값이나 컨텍스트 정보를 관리할 수 있습니다. 이는 비동기 작업이 다양한 스레드에서 실행될 수 있는 상황에서 특히 유용합니다.

ScopedValue는 ThreadLocal의 대안으로서, 현대적인 애플리케이션 개발에서 발생할 수 있는 동시성 및 컨텍스트 관리 문제를 해결하기 위한 효과적인 방법을 제공합니다. 이를 통해 개발자는 데이터의 스코프와 생명주기를 더욱 효과적으로 관리하며, 애플리케이션의 안정성과 유지보수성을 향상시킬 수 있습니다.

 

ScopedValue와 ThreadLocal을 사용하는 간단한 예시 코드를 통해 두 기능을 비교해보겠습니다. 이 예제에서는 각각의 방식으로 현재 사용자의 이름을 저장하고 접근하는 방법을 보여줍니다.

ThreadLocal 사용 예시

먼저, ThreadLocal을 사용하는 기본적인 예시입니다. 이 코드는 각 스레드에서 현재 사용자 이름을 별도로 관리합니다.

package kr.co.thekeytech.test.thread;

public class ThreadLocalExample {

    private static final ThreadLocal<String> currentUser = ThreadLocal.withInitial(() -> "Unknown");

    public static void main(String[] args) {
        System.out.println("Before Main thread user: " + currentUser.get());

        // 스레드를 변경하고 사용자 이름을 업데이트합니다.
        new Thread(() -> {
            currentUser.set("Alice");
            System.out.println("Thread 1 user: " + currentUser.get());
        }).start();

        new Thread(() -> {
            currentUser.set("Bob");
            System.out.println("Thread 2 user: " + currentUser.get());
        }).start();

        System.out.println("After Main thread user: " + currentUser.get());
    }
}

이 예시에서는 ThreadLocal을 사용하여 각 스레드에 대해 현재 사용자 이름의 복사본을 저장하고, 각 스레드는 자신의 복사본에만 접근할 수 있습니다.

ScopedValue 사용 예시

ScopedValue 사용 예시는 Java의 특정 버전에서 ScopedValue가 정확히 어떻게 구현되어 있는지에 따라 다를 수 있습니다. ScopedValue는 Java의 최신 버전에서 도입된 개념이므로, 여기서는 개념적인 사용 예시를 제공합니다. 실제 구현은 JDK의 해당 기능을 참고하여 필요한 라이브러리나 API를 사용해야 합니다.

public class ScopedValueExample {
    // ScopedValue 사용법은 Java 버전에 따라 다를 수 있으므로, 
    // 이 코드는 개념적인 예시입니다.
    private static final ScopedValue<String> currentUser = ScopedValue.withInitialValue("Unknown");

    public static void main(String[] args) {
        try (var scope = new ScopedTaskScope<>() {
            currentUser.set("Alice");
            System.out.println("Current user: " + currentUser.get());

            // 비동기 작업을 실행하고, ScopedValue를 상속받습니다.
            var task = scope.fork(() -> {
                System.out.println("Async task user: " + currentUser.get());
                return null; // 비동기 작업의 결과
            });

            scope.join(); // 모든 비동기 작업이 완료될 때까지 대기
        }
    }
}

이 예시는 ScopedValue를 사용하여 현재 사용자 이름을 저장하고, ScopedTaskScope를 사용하여 비동기 작업에서 이 값을 접근하는 방법을 보여줍니다. ScopedValue는 작업의 스코프 내에서만 유효하며, 스코프를 벗어나면 자동으로 정리됩니다.

비교

• 접근성: ThreadLocal은 각 스레드마다 데이터의 별도의 인스턴스를 제공하는 반면, ScopedValue는 실행 컨텍스트 또는 작업의 스코프에 따라 데이터를 관리합니다.
  
  
• 용도: ThreadLocal은 주로 스레드 수준에서 데이터 격리가 필요할 때 사용되고, ScopedValue는 구조화된 동시성 프로그래밍 및 비동기 작업에서 컨텍스트 관련 데이터를 관리하는 데 유용합니다.
  
  
• 메모리 관리: ScopedValue는 스코프 기반의 자동 정리 기능을 통해 메모리 누수의 위험을 줄일 수 있는 반면, ThreadLocal 사용 시에는 메모리 누수에 주의해야 합니다.

각 방식은 사용 사례와 요구 사항에 따라 선택될 수 있으며, 현대적인 자바 애플리케이션에서는 구조화된 동시성과 컨텍스트 관리의 이점을 제공하는 ScopedValue가 유리할 수 있습니다.

Using ScopedValue with StructuredTaskScope

ScopedValue와 StructuredTaskScope를 함께 사용하는 것은 Java에서 동시성 작업을 구조화하고 관리하는 데 있어 컨텍스트 또는 설정값을 스레드 간에 쉽게 전달하고 관리할 수 있는 방법을 제공합니다. 이러한 기능은 특히 구조화된 동시성과 범위 지정 값 개념을 활용하여, 동시 실행되는 작업들 사이에서 데이터의 일관성과 안정성을 보장하는 데 유용합니다. 여기에 한글로 간략하게 설명드리겠습니다:

ScopedValue

ScopedValue는 특정 실행 컨텍스트 또는 스레드에 대해 변수의 범위를 지정하는 기능입니다. 이를 통해 애플리케이션 내의 다른 부분에서 실행되는 코드가 동일한 컨텍스트나 설정값에 접근할 수 있도록 합니다. 예를 들어, 사용자 세션 정보나 트랜잭션 ID와 같은 데이터를 여러 스레드에서 쉽게 공유하고 접근할 수 있습니다.

StructuredTaskScope

StructuredTaskScope는 여러 비동기 작업을 구조화된 방식으로 실행하고 관리할 수 있게 해주는 API입니다. 이는 개발자가 작업의 실행을 더 잘 제어하고, 작업 간의 종속성을 명확하게 정의하며, 모든 작업이 완료될 때까지 기다리거나, 발생한 예외를 효율적으로 처리할 수 있도록 합니다.

함께 사용하는 방법

ScopedValue와 StructuredTaskScope를 함께 사용하면, 개발자는 동시에 실행되는 여러 작업이 같은 데이터를 안전하게 공유할 수 있도록 할 수 있습니다. 예를 들어, StructuredTaskScope를 사용해 여러 작업을 시작하고, ScopedValue를 이용해 이러한 작업들이 공유해야 하는 설정값이나 컨텍스트 정보를 제공할 수 있습니다. 이 방법을 통해, 각 작업은 필요한 데이터에 접근할 수 있으며, 작업의 실행 컨텍스트가 명확히 관리되어, 데이터 누설이나 일관성 없는 상태와 같은 문제를 방지할 수 있습니다.

 

이러한 접근 방식은 Java에서 복잡한 동시성 문제를 해결하고, 코드의 가독성과 유지 관리를 향상시키며, 다양한 작업 간에 데이터를 안전하고 일관되게 공유할 수 있는 효율적인 방법을 제공합니다.

 

Java에서 ScopedValue와 StructuredTaskScope를 함께 사용하는 예시 코드를 만들어 보겠습니다. 이 예시에서는 StructuredTaskScope를 사용하여 비동기 작업을 실행하고, ScopedValue를 사용하여 작업 간에 공유되어야 하는 값을 관리하는 방법을 보여줍니다.

import java.util.concurrent.ExecutionException;
import java.lang.AutoCloseable;
import java.util.concurrent.atomic.AtomicReference;

// JDK 19 이상에서 지원하는 구조화된 동시성과 범위 지정 값 기능을 사용
public class StructuredConcurrencyExample {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        // ScopedValue의 인스턴스 생성, 초기값은 "Initial Value"
        var scopedValue = new ScopedValue<String>("Initial Value");

        // StructuredTaskScope를 사용하여 비동기 작업을 구조화된 방식으로 관리
        try (var scope = new StructuredTaskScope.ShutdownOnFailure()) {
            // 비동기 작업 정의 및 실행
            var task1 = scope.fork(() -> {
                String value = scopedValue.get(); // 현재 스코프의 ScopedValue에서 값을 얻음
                System.out.println("Task 1 value: " + value);
                scopedValue.set("Updated by Task 1"); // ScopedValue를 업데이트
                return value;
            });

            var task2 = scope.fork(() -> {
                String value = scopedValue.get(); // Task 1이 업데이트한 후의 값을 얻음
                System.out.println("Task 2 value: " + value);
                return value;
            });

            // 모든 작업이 완료될 때까지 기다림
            scope.join();
            scope.throwIfFailed();

            // 각 작업의 결과 출력
            System.out.println("Task 1 result: " + task1.resultNow());
            System.out.println("Task 2 result: " + task2.resultNow());
        }
    }
}

이 코드는 두 개의 비동기 작업(task1과 task2)을 StructuredTaskScope를 사용하여 실행합니다. ScopedValue는 이러한 작업들 사이에서 공유되는 값의 범위를 지정합니다. task1에서는 ScopedValue의 값을 읽고 업데이트하며, task2에서는 task1이 업데이트한 값을 읽습니다. 모든 작업은 scope.join()을 통해 완료될 때까지 메인 스레드에서 대기하며, scope.throwIfFailed()는 작업 중 발생한 예외가 있을 경우 이를 던집니다.

 

이 예제는 구조화된 동시성과 범위 지정 값이 어떻게 함께 사용될 수 있는지 보여줍니다. 이를 통해 동시 실행되는 작업들 사이에서 데이터의 일관성을 유지하고, 코드의 복잡성을 줄이며, 동시성 관리를 단순화할 수 있습니다.

 

실제 애플리케이션에서 ScopedValue를 사용하는 예시는 다양한 컨텍스트에서의 데이터 공유와 관리 문제를 해결하는 데 있습니다. 여기 몇 가지 실세계 시나리오를 들어 설명드리겠습니다:

1. 사용자 인증 정보 전달

웹 애플리케이션에서 요청을 처리할 때, 사용자의 인증 정보나 세션 정보를 여러 계층(컨트롤러, 서비스, 데이터 액세스 객체 등)에 걸쳐 전달해야 하는 경우가 많습니다. ScopedValue를 사용하면 이러한 정보를 스레드 로컬 변수에 저장하고, 요청을 처리하는 동안 어디서든 쉽게 접근할 수 있습니다. 이 방법은 코드의 중복을 줄이고, 깔끔하게 인증 정보를 관리할 수 있게 합니다.

2. 트랜잭션 컨텍스트 관리

데이터베이스 트랜잭션을 처리할 때, 트랜잭션의 범위 내에서 실행되는 모든 데이터베이스 연산이 동일한 트랜잭션 컨텍스트를 공유해야 합니다. ScopedValue를 사용하여 현재 트랜잭션 컨텍스트를 저장하고, 애플리케이션의 다른 부분에서 쉽게 접근할 수 있게 함으로써, 트랜잭션 관리를 효율적으로 수행할 수 있습니다.

3. 로깅 컨텍스트 설정

분산 시스템에서 로그를 기록할 때, 각 요청이나 작업을 식별할 수 있는 유니크한 ID(예: 요청 ID 또는 작업 ID)를 로그에 포함시키는 것이 유용합니다. ScopedValue를 이용하면, 요청이나 작업의 시작 시점에 이러한 식별자를 설정하고, 시스템의 어디서든 해당 식별자를 로그에 포함시킬 수 있습니다. 이를 통해 문제 해결 시 로그를 통한 추적이 훨씬 용이해집니다.

4. 다국어 지원

웹 애플리케이션에서 사용자의 언어 환경에 따라 다국어를 지원해야 할 때, ScopedValue를 사용하여 현재 요청이나 사용자 세션에 대한 언어 설정을 저장하고, 애플리케이션의 다른 부분에서 이 설정에 따라 적절한 언어 리소스를 선택할 수 있습니다.

 

이러한 예시들은 ScopedValue가 실제 애플리케이션에서 어떻게 유용하게 사용될 수 있는지를 보여줍니다. ScopedValue를 통해 애플리케이션의 다양한 부분 사이에서 데이터를 안전하고 효율적으로 공유하며, 코드의 복잡성을 줄이고 개발 및 유지보수를 용이하게 할 수 있습니다.