스레드 로컬(Thread Local)이란?

스레드 로컬이란?

ThreadLocal은 멀티스레드 환경에서 각 스레드가 독립적인 데이터를 저장하고 관리할 수 있도록 지원하는 메커니즘이다.

https://wookkingkim.tistory.com/entry/%EC%9A%B4%EC%98%81%EC%B2%B4%EC%A0%9C-%EB%8F%99%EA%B8%B0%ED%99%94Synchronization-%EA%B2%BD%EC%9F%81-%EC%83%81%ED%83%9CRace-Condition

 

여러 스레드가 동시에 실행되는 애플리케이션에서는 공유 데이터로 인해 경쟁 상태(race condition)가 발생할 수 있다.

이러한 문제를 방지하기 위해 데이터를 스레드 간에 독립적으로 관리해야 할 때 ThreadLocal을 사용할 수 있다.

 

 

스레드 로컬이 필요한 이유

1. 스레드 간 데이터 충돌 방지

멀티스레드 환경에서 동일한 데이터를 여러 스레드가 동시에 접근하면, 의도치 않은 결과가 발생할 수 있다.(ex. race condition) ThreadLocal은 각 스레드가 독립적인 데이터를 유지할 수 있도록 하여 이런 충돌을 방지한다.

 

2. 세션 및 사용자 정보 관리

웹 애플리케이션에서 각 클라이언트 요청은 별도의 스레드에서 처리된다. ThreadLocal을 사용하여 요청 ID, 사용자 정보 등을 저장하면 스레드 간 간섭 없이 데이터를 안전하게 관리할 수 있다.
그래서 ThreadLocal은 웹 애플리케이션에서 사용자 인증 정보를 관리하는 데 자주 사용된다.

 

3. 데이터베이스 트랜잭션 관리

트랜잭션 컨텍스트를 ThreadLocal에 저장하면, 동일한 스레드에서 실행되는 모든 데이터베이스 작업이 동일한 트랜잭션 범위에 속하도록 할 수 있다.

 

4. 로깅

로그를 기록할 때 요청별로 고유한 ID를 사용해야 할 경우, ThreadLocal을 사용하여 각 요청의 데이터를 관리할 수 있다.

 

 

Thread 내부 코드로 보는 스레드 로컬

public class Thread implements Runnable {
    ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals;
    ThreadLocal.ThreadLocalMap inheritableThreadLocals;
}

Thread 클래스에는 threadLocals와 inheritableThreadLocals라는 두 개의 멤버 변수가 있다. 이 변수들은 스레드별로 데이터를 저장하는 데 사용된다.

- threadLocals: 각 스레드가 독립적으로 데이터를 저장하는 맵.
- inheritableThreadLocals: 부모 스레드의 데이터를 자식 스레드로 상속하기 위한 맵.

 

 

ThreadLocal 내부 구조

ThreadLocal클래스는 내부적으로 ThreadLocalMap을 사용하여 key/value로 데이터를 저장한다.

public class ThreadLocal<T> {
    static class ThreadLocalMap {
        static class Entry extends WeakReference<ThreadLocal<?>> {
            Object value;
            Entry(ThreadLocal<?> k, Object v) {
                super(k);
                value = v;
            }
        }
    }
}

ThreadLocalMap은 ThreadLocal 객체를 키로 사용하여 데이터를 저장하고 값은 해당 객체에 할당된 데이터이다.

예를 들어 myThreadLocal.set(value)를 호출하면 threadLocals 맵에 {myThreadLocal: value} 형태로 저장된다.

 

ThreadLocal의 주요 메서드

public void set(T value) {
    Thread t = Thread.currentThread();
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    if (map != null) {
        map.set(this, value);
    } else {
        createMap(t, value);
    }
}

public T get() {
    Thread t = Thread.currentThread();
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    if (map != null) {
        ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
        if (e != null) {
            @SuppressWarnings("unchecked")
            T result = (T)e.value;
            return result;
        }
    }
    return setInitialValue();
}

ThreadLocal의 get, set등의 메서드를 보면 Thread에서 현재 수행 중인 thread를 currentThread() 메서드를 통해 꺼낸 뒤 이 Thread에서 ThreadLocalMap을 찾아 리턴하는 것을 볼 수 있다.

 

 

inheritableThreadLocals

inheritableThreadLocals은 threadLocals과 유사하지만, 부모 스레드의 데이터를 자식 스레드로 상속할 수 있다는 차이가 있다.

 

요청을 처리하는 스레드가 오랜 특정 작업 때문에 기간 동안 점유되어 스레드 풀로 반환되지 않는다면 동시성이 떨어지게 된다. 이러한 문제를 해결하기 위해 요청의 작업들 중 일부는 비동기로 실행되도록 백그라운드 스레드로 위임시킬 수 있다. 그러면 백그라운드 스레드에서는 스레드 로컬에 저장된 값이 없게 되므로 문제가 생길 수 있으므로, 자바는 자식 스레드에게 스레드 로컬의 값을 위임시켜 주는 상속 가능한 InheritableThreadLocal을 제공하고 있다.

 

어떻게? 🤔

부모 스레드가 새로운 스레드를 생성할 때, inheritableThreadLocals 맵의 데이터를 복사하여 자식 스레드의 inheritableThreadLocals로 전달한다.
이를 통해 자식 스레드는 부모 스레드의 데이터를 초기값으로 가질 수 있다.

 

 

두 변수의 차이점

속성	threadLocals	inheritableThreadLocals
관리 클래스	ThreadLocal	InheritableThreadLocal
데이터 상속	상속되지 않음	부모 스레드의 데이터가 자식 스레드에 상속
사용 목적	각 스레드의 독립적 데이터 저장	부모-자식 스레드 간 데이터 공유
값 관리 주체	현재 스레드에만 접근 가능	자식 스레드에서 부모의 초기값 접근 가능

 

예제

다음은 ThreadLocal을 사용하여 각 스레드가 독립적인 값을 관리하는 예제이다.

public class ThreadLocalExample {  
    // ThreadLocal 변수 선언  
    private static ThreadLocal<Integer> threadLocal = ThreadLocal.withInitial(() -> 0);  

    public static void main(String[] args) {  
        Runnable task = () -> {  
            for (int i = 0; i < 5; i++) {  
                threadLocal.set(threadLocal.get() + 1); // 현재 스레드의 값 갱신  
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": " + threadLocal.get());  
            }  
        };  

        // 두 개의 스레드 실행  
        Thread thread1 = new Thread(task);  
        Thread thread2 = new Thread(task);  

        thread1.start();  
        thread2.start();  
    }

결과를 보면 스레드별로 독립된 값을 유지하는 것을 볼 수 있다.

Thread-0: 1
Thread-0: 2
Thread-0: 3
Thread-0: 4
Thread-0: 5
Thread-1: 1
Thread-1: 2
Thread-1: 3
Thread-1: 4
Thread-1: 5

 

 

ThreadLocal 사용 시 주의점

ThreadLocal을 사용할 때 반드시 인지해야할 주의할 점이 있다. ThreadLocal을 사용할 때 반드시 초기화가 필요하다.

 

왜냐!

WAS(Tomcat)와 같은 환경에서는 스레드 풀을 사용하기 때문에, 스레드가 재사용되면서 이전 데이터가 남아 있는 문제가 발생할 수 있다. 따라서 사용이 끝난 후 반드시 ThreadLocal.remove()를 호출하여 데이터를 초기화해야 한다.
사용 후에 비워주지 않는다면 해당 Thread를 부여받게 되는 다른 사용자가 기존에 세팅된 ThreadLocal의 데이터를 공유하게 될 수도 있다.

 

 

 

 

 

참고
Java Thread Local(쓰레드 로컬)은 무엇일까?
스레드 로컬(ThreadLocal)과 상속 가능한 스레드 로컬( InheritableThreadLocal)에 대하여