JVM 동시성 프로그래밍 딥다이브 4-2. 스레드 활용 - ThreadLocal

개요

ThreadLocal 객체 설명

• 자바에서 스레드는 오직 자기 자신만이 접근해서 읽고, 쓸수 있는 로컬 변수 저장소를 제공하며, 이를 ThreadLocal이라고 한다.
• 각 스레드는 고유한 ThreadLocal 객체를 속성으로 가지고 있으며 ThreadLocal은 스레드 간 격리되어있다.
• 스레드는 ThreadLocal에 저장된 값을 특정한 위치나 시점에 상관없이 어디에서나 전역변수처럼 접근해서 사용할 수 있다.
  즉, 변수값을 전달해주지 않아도 된다.
• 모든 스레드가 공통적으로 처리해야하는 기능이나 객체를 제어해야하는 상황에서 스레드마다 다른 값을 적용해야하는 경우 주로 사용한다. (Authorziation/Authentication 관리, 트랜잭션 관리, 로그 추적 등)

 

ThreadLocalMap 객체 설명

• ThreadLocalMap은 ThreadLocal 클래스 내부에 선언된 클래스다.
• ThreadLocal에 get()을 수행하면ThreadLocalMap에서 Thread.currentThread()를 Key로하여 ThreadLocal에 저장된 변수를 반환해준다.
• Thread 클래스는 ThreadLocal.ThreadLocalMap threadLocals; 이라는 지역변수로 ThreadLocalMap을 갖고있다.

Process라는 공사장에서 Thread가 공사장 일꾼이라고 생각하면, ThreadLocalMap은 각 Thread 마다 갖는 사물함이라고 보면된다. 이때 사물함안에는 이름표(번호)와 함께 물건들이 존재하고 이것들이 Entry가 들고있는 value들이다. 따라서 Thread가 특정되면 ThreadLocalMap도 특정되어 가져올수 있다.

// ThreadLocal
public T get() {
    return get(Thread.currentThread());
}

private T get(Thread t) {
    ThreadLocalMap map = getMap(t);
    if (map != null) {
        ThreadLocalMap.Entry e = map.getEntry(this);
        if (e != null) {
            T result = (T) e.value;
            return result;
        }
    }
    return setInitialValue(t);
}

 

API 설명

• void set(T value)
  - 스레드 로컬에 값을 저장한다.
• T get()
  - 스레드 로컬에 저장된 값을 가져온다.
• void remove()
  - 스레드 로컬에 저장된 값을 제거한다.
• withInitial(Supplier<? extends S> supplier)
  - 스레드 로컬을 생성하면서 특정값으로 초기화한다.

 

Thread & ThreadLocal

• 스레드는 ThreadLocal에 있는 ThreadLocalMap 객체를 자신의 threadLocals 속성에 저장한다.
  - 특정 개인에게 개인 사물함을 만들어서 할당하는 것.
• 스레드 생성 시 threadLocals 기본값은 null 이고, ThreadLocal에 값을 저장할 때, ThreadLocalMap이 생성되고 threadLocals 변수와 연결된다.
• 스레드가 전역적으로 값을 참조할 수 있는 원리가 바로 스레드가 ThreadLocal의 ThreadLocalMap에 접근해서 바로 저장된 값을 꺼내 쓸수 있기 때문이다.
  - Thread.threadLocals ----> ThreadLocal (ThreadLocalMap) ----> ThreadLocalMap (Entry) ----> Entry (value)
• ThreadLocalMap은 항상 새롭게 생성되어서 스레드 스택에 저장되므로 스레드간 데이터 공유는 발생하지 않고 동시성 문제도 발생하지 않는다.

 

❗️주의사항 ❗️

• 스레드풀을 사용중이라면 스레드가 한번 생성되고 버려지는게 아니라 재사용된다. 따라서 ThreadLocal에 저장된 값이 있다면 반드시 삭제해줘야한다.
• 그렇지 않았다가는 A사용자 요청에 B 사용자 정보가 노출되어 개인정보 노출사고로 번질수 있다.

 

ThreadLocal 작동원리

• ThreadLocal은 Thread와 ThreadLocalMap을 연결하여 스레드 전용 저장소 (변수 담는 그릇)을 구현하고 있다.
  이게 가능한 이유가 바로 Thread.currentThread()를 이용하여 특정 스레드 객체를 참조할 수 있기 때문이다.
• Thread.currentThread()는 현재 실행중인 스레드를 참조하는 것이고, CPU는 오직 하나의 스레드만 점유되어 처리하므로
  ThreadLocal에서 Thread.currentThread()를 참조하면 지금 실행중인 스레드의 로컬 변수는 동시성 이슈 없이 명백히 정확한
  특정 스레드의 변수를 가져올 수 있게된다.
• 즉, Thread.currentThread() 명령이 ThreadLocal의 중요한 식별 기준이 되는것이다.
  마치 사물함을 현재 운전하고 있는 사람만 열 수 있다면, "현재 운전하고 있는 사람은 누구입니다". 라는 기능이 곧 사물함을 여는 사람을 식별하는 기준이 되는것이다.

스레드 로컬 데이터 저장

스레드 로컬 데이터 조회

 

코드예시

val threadLocalInventoryKey = ThreadLocal<String>()

fun main() {
    val threadWorker1 = Thread({
        printWithThread("전 스레드 노동자 1번 입니다. 제 사물함이에요. ${threadLocalInventoryKey.get()}")
        threadLocalInventoryKey.set("노동자 1번의 사물함: 사과 바나나 물")
        printWithThread("전 스레드 노동자 1번 입니다. 제 사물함이에요. ${threadLocalInventoryKey.get()}")
    }, "스레드 노동자 1번")

    val threadWorker2 = Thread({
        printWithThread("전 스레드 노동자 2번 입니다. 제 사물함이에요. ${threadLocalInventoryKey.get()}")
        threadLocalInventoryKey.set("노동자 2번의 사물함: 과자 음료수")
        printWithThread("전 스레드 노동자 2번 입니다. 제 사물함이에요. ${threadLocalInventoryKey.get()}")
    }, "스레드 노동자 2번")

    val threadWorker3 = Thread({
        printWithThread("전 스레드 노동자 3번 입니다. 제 사물함이에요. ${threadLocalInventoryKey.get()}")
        threadLocalInventoryKey.set("노동자 3번의 사물함: 샌드위치 주스")
        printWithThread("전 스레드 노동자 3번 입니다. 제 사물함이에요. ${threadLocalInventoryKey.get()}")
    }, "스레드 노동자 3번")

    threadWorker1.start()
    threadWorker2.start()
    threadWorker3.start()
}