코루틴과 스레드의 차이

[junjange]

코루틴과 스레드는 모두 프로그램에서 동시성을 구현하기 위한 수단이지만, 그 구조와 작동 방식에서 몇 가지 중요한 차이점이 존재합니다. 이를 주요 측면별로 비교하여 설명드리겠습니다.

1. 정의 및 개념:

   • 스레드(Thread):
     • 운영체제(OS)에서 관리하는 독립적인 실행 단위입니다.
     • 각 스레드는 자체적인 스택 메모리를 가지며, CPU에서 병렬로 실행될 수 있습니다.
     • 멀티스레딩은 여러 스레드가 동시에 실행되어 작업을 병렬로 처리합니다.
   • 코루틴(Coroutine):
     • 프로그래밍 언어 수준에서 관리되는 경량화된 실행 단위입니다.
     • 하나의 스레드 내에서 다수의 코루틴이 협력적으로 실행됩니다.
     • 주로 비동기 작업을 간결하게 처리하기 위해 사용됩니다.

2. 경량성:

   • 스레드:
     • 각 스레드는 독립적인 스택과 컨텍스트를 가지므로, 생성 및 관리에 상대적으로 많은 메모리와 시간이 소요됩니다.
     • 수천 개의 스레드를 생성하는 것은 메모리와 성능 측면에서 비효율적일 수 있습니다.
   • 코루틴:
     • 매우 적은 메모리 오버헤드로 수천 개의 코루틴을 생성하고 관리할 수 있습니다.
     • 코루틴은 스택을 공유하거나 최소한의 스택 공간만을 사용하여 경량성을 유지합니다.

3. 컨텍스트 스위칭:

   • 스레드:
     • 컨텍스트 스위칭은 운영체제 커널 수준에서 이루어지며, 레지스터 상태, 스택, 메모리 맵 등 많은 정보를 저장하고 복원해야 합니다.
     • 이로 인해 전환 비용이 높고, 빈번한 전환은 성능 저하를 초래할 수 있습니다.
   • 코루틴:
     • 사용자 공간에서 경량화된 방식으로 컨텍스트 스위칭이 이루어지며, 필요한 상태 정보만을 저장하고 복원합니다.
     • 따라서 컨텍스트 전환이 매우 빠르고 효율적입니다.

4. 스케줄링 및 관리:

   • 스레드:
     • 운영체제의 스케줄러에 의해 관리되며, 스레드 간의 동기화와 경쟁 조건을 처리하기 위한 추가적인 오버헤드가 발생할 수 있습니다.
     • 멀티코어 CPU 환경에서 병렬 실행이 가능하지만, 동기화 문제가 복잡해질 수 있습니다.
   • 코루틴:
     • 애플리케이션 레벨에서 스케줄링이 관리되므로, 스레드보다 더 세밀하고 효율적인 스케줄링이 가능합니다.
     • 코루틴은 주로 협력적 멀티태스킹(cooperative multitasking)을 사용하여, 명시적으로 중단점에서 실행을 양보합니다.

5. 메모리 사용:

   • 스레드:
     • 각 스레드는 고유한 스택을 가지며, 기본적으로 수백 킬로바이트에서 수 메가바이트의 메모리를 소모할 수 있습니다.
   • 코루틴:
     • 코루틴은 독립적인 스택을 가지지 않거나 매우 작은 스택을 사용하여 메모리 사용을 최소화합니다.
     • 따라서 동일한 메모리 내에서 더 많은 수의 코루틴을 실행할 수 있습니다.

6. 동시성 모델:

   • 스레드:
     • 병렬 처리를 지원하며, 실제로 여러 스레드가 동시에 실행될 수 있습니다.
     • 하지만 멀티스레딩은 동기화 문제(데드락, 레이스 컨디션 등)가 발생할 수 있어 관리가 복잡합니다.
   • 코루틴:
     • 주로 비동기 프로그래밍 모델을 따르며, 논블로킹 방식으로 동작합니다.
     • 동시성 관리를 더 쉽게 할 수 있으며, 스레드 간의 동기화 문제를 줄여줍니다.

7. 사용 사례:

   • 스레드:
     • CPU 집약적인 작업이나 실제 병렬 처리가 필요한 경우에 적합합니다.
     • 예를 들어, 대규모 계산 작업이나 멀티코어를 활용한 데이터 처리 등에 사용됩니다.
   • 코루틴:
     • I/O 집약적인 작업이나 비동기 작업을 효율적으로 처리할 때 적합합니다.
     • 예를 들어, 네트워크 요청, 파일 입출력, UI 업데이트 등에서 사용됩니다.

종합적으로, 스레드는 운영체제 수준에서 관리되는 무거운 실행 단위로, 병렬 처리를 지원하지만 메모리와 성능 측면에서 비용이 많이 듭니다. 반면, 코루틴은 프로그래밍 언어 수준에서 관리되는 경량화된 실행 단위로, 비동기 작업을 효율적으로 처리할 수 있으며, 메모리와 성능 측면에서 매우 경제적입니다. 이러한 차이점들로 인해, 코루틴은 특히 비동기 프로그래밍과 높은 동시성이 요구되는 애플리케이션에서 스레드보다 더 유리한 선택이 됩니다.