멀티스레딩의 장점과 단점

현대 소프트웨어 개발에서 '속도'는 곧 '경쟁력'이다. 특히, 사용자 경험을 중시하는 모바일 앱이나 실시간 응답이 중요한 서버 시스템에서는 느린 응답 하나가 전체 서비스를 망칠 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위한 주요 기술 중 하나가 바로 멀티스레딩(Multithreading) 이다.

멀티스레딩이란?

멀티스레딩은 하나의 프로세스 안에서 여러 개의 스레드를 생성하여 동시에 여러 작업을 처리하는 프로그래밍 기법이다. 이 방식은 단순히 빠르다는 장점을 넘어, 자원을 효율적으로 활용하고 반응성을 개선하는 데에 큰 도움을 준다. 하지만 동시에, 설계와 관리가 까다롭고 여러 문제를 수반하기도 한다.

이 글에서는 멀티스레딩의 장점과 단점, 그리고 이를 적절히 활용하기 위한 개발자의 고민 포인트에 대해 알아보려고 한다.

멀티스레딩의 장점

첫 번째로 성능 향상 및 처리 속도 개선이다.

멀티스레딩의 가장 큰 장점은 작업을 병렬로 수행함으로써 전체 처리 시간을 단축할 수 있다는 점이다. 예를 들어, 이미지 처리, 대용량 파일 다운로드, 비동기 네트워크 통신 등 시간이 오래 걸리는 작업을 백그라운드에서 동시에 실행함으로써, 사용자 인터페이스가 멈추지 않도록 할 수 있다. 안드로이드 앱에서 이미지 다운로드와 UI 업데이트를 각각 다른 스레드로 분리하면, 화면이 멈추지 않고 자연스럽게 동작하게 할 수 있다.

두 번째로 시스템 자원 활용을 극대화할 수 있다.

현대의 CPU는 대부분 다중 코어 구조로 되어 있습니다. 멀티스레딩을 통해 여러 코어에 작업을 분산하면 CPU의 유휴 시간을 줄이고, 시스템 자원을 더욱 효과적으로 활용할 수 있습니다. 단일 스레드는 하나의 CPU 코어만 사용하지만, 멀티스레드는 여러 코어를 동시에 활용하여 최대 성능을 끌어낼 수 있다.

세 번째로 동시성 처리에 유리하다.

멀티스레딩은 다수의 작업을 동시에 처리할 수 있어, 실시간 데이터 처리나 이벤트 기반 시스템에 적합하다. 예를 들어, 채팅앱에서는 네트워크 수신, UI 업데이트, 사용자 입력 처리 등이 동시에 이루어져야 하며, 이를 멀티스레딩으로 깔끔하게 처리할 수 있다.

멀티스레딩의 단점

첫 번째로 복잡한 동기화 이슈이다.

멀티스레딩의 가장 큰 어려움은 공유 자원에 대한 동기화 문제이다. 여러 스레드가 동시에 하나의 변수나 객체에 접근하게 되면, 의도하지 않은 결과가 발생할 수 있다. 이를 방지하기 위해 뮤텍스, 세마포어 등의 동기화 기법을 사용해야 하지만, 이는 개발 복잡도를 크게 증가시킨다.

잘못된 동기화는 데드락(Deadlock), 레이스 컨디션(Race Condition), 라이브락(Livelock) 등 치명적인 버그로 이어질 수 있습니다.

두 번째로 오버헤드가 증가할 수 있다.

스레드는 생성, 스케줄링, Context Switching에 일정한 시스템 자원을 소모한다. 스레드가 많아질수록 이러한 오버헤드가 증가하여 오히려 성능이 저하될 수 있으며, 잘못 구성된 멀티스레딩은 싱글 스레딩보다 성능이 나쁜 결과를 초래할 수 있다.

세 번째로 실행 순서를 예측하기 어렵다.

멀티스레딩 환경에서는 스레드의 실행 순서를 정확히 예측하기 어렵다. 이는 논리적 흐름을 이해하는 데 혼란을 주며, 의도치 않은 동작이나 타이밍 이슈를 발생시킬 수 있다.

언제 멀티스레딩을 써야 할까?

멀티스레딩은 분명 강력한 도구이지만, 모든 상황에 적합하지는 않다. 다음과 같은 기준을 고려해서 사용하자.

• 단일 작업의 실행 시간이 긴 경우, 사용자 경험을 방해하지 않기 위해 해당 작업을 비동기적으로 처리할 필요가 있다.
• I/O 중심의 애플리케이션에서는, 네트워크, 파일, 데이터베이스 작업을 별도의 스레드로 분리하여 병렬 처리함으로써 전체 응답 속도를 개선할 수 있다.
• CPU 연산이 많은 경우에는, 여러 스레드를 활용한 병렬 처리를 통해 멀티코어 자원을 효율적으로 활용하고 성능을 극대화할 수 있다.

하지만 단순한 로직, 짧은 연산, 공유 자원이 많은 상황에서는 오히려 멀티스레딩이 해가 될 수 있음을 명심하자.

마치며

멀티스레딩은 잘 사용하면 성능을 극적으로 끌어올릴 수 있는 무기이지만, 동시에 조심하지 않으면 무거운 짐이 될 수도 있다. 중요한 것은 기술 자체보다 그것을 ‘어디에, 어떻게 쓸 것인가’에 대한 판단이다.

개발자로서 멀티스레딩을 도입할 때는 언제나 다음 질문을 던져야 한다.

• 이 작업은 병렬화가 필요한가?
• 공유 자원은 어떻게 관리할 것인가?
• 단일 스레드로는 안 되는 이유가 있는가?

이러한 고민을 기반으로 멀티스레딩을 설계한다면, 병렬 처리의 이점을 누리면서도 그 부작용은 최소화할 수 있을 것이다.

참고 문헌

[OS] 멀티스레딩의 장점 & 단점 ?