Java 21 버추얼 스레드 원리와 Spring Boot 설정 방법

1. 버추얼 스레드란?

Java 21에서 정식 도입된 경량 스레드입니다. 기존 플랫폼 스레드와 달리 JVM이 직접 관리하며, 메모리 사용량이 적고 수십만 개까지 생성할 수 있습니다.

플랫폼 스레드 vs 버추얼 스레드

구분	플랫폼 스레드	버추얼 스레드
메모리	1MB+	수 KB
동시 개수	수백 개	수십만 개
관리 주체	OS	JVM
스위칭 비용	높음	낮음

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2. 버추얼 스레드 동작 원리

구조

버추얼 스레드는 단독으로 실행되지 않습니다. 캐리어 스레드(플랫폼 스레드) 위에서 실행됩니다.

버추얼 스레드 (수만 개 생성 가능)
┌──┐┌──┐┌──┐┌──┐┌──┐┌──┐┌──┐┌──┐...
└──┘└──┘└──┘└──┘└──┘└──┘└──┘└──┘
              ↓ JVM 스케줄링
캐리어 스레드 (기본값: CPU 코어 수)
┌─────┐┌─────┐┌─────┐┌─────┐
│  C1 ││  C2 ││  C3 ││  C4 │
└─────┘└─────┘└─────┘└─────┘
              ↓
         OS 스레드
              ↓
         CPU 코어

마운트와 언마운트

버추얼 스레드 전환을 마운트/언마운트라고 부릅니다.

[마운트]   : 버추얼 스레드가 캐리어 스레드에 올라타서 실행
[언마운트] : 버추얼 스레드가 캐리어 스레드에서 분리

동작 흐름:

버추얼 스레드 A: 실행 중 → DB 대기 → [언마운트]
                                         ↓
캐리어 스레드:   A 실행  →  비어있음  →  B 실행
                                         ↑
버추얼 스레드 B:           대기 중   → [마운트]

I/O 작업(DB 조회, API 호출 등)으로 대기 상태가 되면 자동으로 언마운트되고, 다른 버추얼 스레드가 마운트됩니다.

OS 컨텍스트 스위칭 vs 마운트/언마운트

구분	OS 컨텍스트 스위칭	마운트/언마운트
발생 위치	커널	JVM (유저 모드)
대상	플랫폼 스레드 간	버추얼 스레드 간
비용	무거움 (수천 CPU 사이클)	가벼움 (수백 CPU 사이클)
저장 범위	전체 CPU 상태	스택만

핵심 정리

버추얼 스레드는 수만 개 생성해도, 실제 OS 컨텍스트 스위칭은 코어 수 정도의 캐리어 스레드 사이에서만 일어나고, 나머지는 JVM 레벨의 가벼운 마운트/언마운트로 처리되어 효율적이다.

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3. Spring Boot 버추얼 스레드 설정

요구사항

• Java 21 이상
• Spring Boot 3.2 이상

주의: 두 가지 설정이 별개입니다

┌─────────────────────────────────────────────────┐
│                  HTTP 요청                       │
└─────────────────────┬───────────────────────────┘
                      ↓
┌─────────────────────────────────────────────────┐
│   톰캣 스레드                                    │
│   → spring.threads.virtual.enabled 설정         │
└─────────────────────┬───────────────────────────┘
                      ↓
┌─────────────────────────────────────────────────┐
│          Controller → Service → Repository       │
│                      ↓                           │
│              @Async 메서드 호출                   │
│                      ↓                           │
│   Executor Bean                                  │
│   → 별도 설정 필요                               │
└─────────────────────────────────────────────────┘

설정 1: 톰캣 요청 처리용

HTTP 요청을 처리하는 톰캣 스레드에 적용됩니다.

# application.yml
spring:
  threads:
    virtual:
      enabled: true

설정 2: @Async 비동기 작업용

@Async 어노테이션을 사용하는 비동기 작업에 적용됩니다.

@Configuration
@EnableAsync
public class AsyncConfig {

    @Bean
    public Executor taskExecutor() {
        return Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor();
    }
}

플랫폼 스레드 풀 vs 버추얼 스레드 Executor

플랫폼 스레드 (기존 방식)

@Bean
public Executor taskExecutor() {
    ThreadPoolTaskExecutor executor = new ThreadPoolTaskExecutor();
    executor.setCorePoolSize(10);   // 기본 스레드 수
    executor.setMaxPoolSize(50);    // 최대 스레드 수
    executor.setQueueCapacity(100); // 대기열 크기
    return executor;
}

• 스레드가 무거워서 풀로 관리
• 개수 제한 필수

버추얼 스레드

@Bean
public Executor taskExecutor() {
    return Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor();
}

• 작업마다 새로 생성
• 풀링하지 않음
• 개수 제한 없음

캐리어 스레드 설정 (선택사항)

보통 기본값으로 충분하지만, 필요시 JVM 옵션으로 조정할 수 있습니다.

# 캐리어 스레드 수 (기본값: CPU 코어 수)
-Djdk.virtualThreadScheduler.parallelism=8

# 최대 캐리어 스레드 수
-Djdk.virtualThreadScheduler.maxPoolSize=256

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4. 전체 설정 예시

build.gradle

plugins {
    id 'java'
    id 'org.springframework.boot' version '3.2.0'
}

java {
    toolchain {
        languageVersion = JavaLanguageVersion.of(21)
    }
}

application.yml

spring:
  threads:
    virtual:
      enabled: true

AsyncConfig.java

@Configuration
@EnableAsync
public class AsyncConfig {

    @Bean
    public Executor taskExecutor() {
        return Executors.newVirtualThreadPerTaskExecutor();
    }
}

이렇게 설정하면 톰캣 요청 처리와 @Async 비동기 작업 모두 버추얼 스레드로 동작합니다.

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5. 정리

설정	적용 범위	방법
spring.threads.virtual.enabled	톰캣 HTTP 요청	application.yml
Executor Bean	@Async 비동기 작업	Java Config

기존 코드 변경 없이 설정만으로 버추얼 스레드를 적용할 수 있습니다. WebFlux처럼 코드 스타일을 바꿀 필요 없이 성능 향상을 기대할 수 있다는 점이 가장 큰 장점입니다.