Java 19 주요 내용 정리

자바 19에 추가되는 핵심 기능 7가지에 대해서 소개해보도록 하겠다.

 

2022년 9월에 출시된 자바 19 버전의 7번째 기능으로 구조적 동시성이 추가되었다. 멀티스레드 프로그래밍을 간편하게 지원하기 위한 요소이다. 해당 내용 외에 미리 공개된 6가지 핵심 기능에는 레코드 패턴, 외부함수와 메모리 API(프리뷰), 오픈소스 기반의 리눅스/RISC-V 명령어 집합구조(ISA) 지원 등이 있다.

 

추가된 내용을 자세히 한번 알아보자.

 

⚡구조적 동시성(인큐베이터) : 아직 인큐베이터 단계로 구조를 갖춘 동시성 라이브러리를 이용해 멀티쓰레드 프로그래밍을 제공한다. 동시성이라는 기능 덕에 여러 태스크를 서로 다른 스레드 안에 운영하고 동시에 단일한 유닛 형태로 관리할 수 있다. 따라서 사용자는 에러 관리나 취소 관련 작업을 효율적으로 운영할 수 있다. 안정성이 높아지고 문제의 탐지나 조사도 더 쉬워진다. 

 

⚡레코드 패턴(프리뷰) : 레코드 값을 분석하기 위해 개발됐다. 레코드 패턴이나 타입 패턴은 중첩 사용돼 선언적이면서 강력하고 조합 가능한 데이터 형태를 만들 수 있다. 데이터 탐색이나 처리 과정에도 쓰인다. 레코드 패턴의 핵심 목표는 타입 패턴의 신텍스나 시멘틱 요소를 바꾸지 않으면서도 패턴 매칭을 확장하고 정교하게 분리해서 사용할 수 있는 데이터 쿼리를 표현하는 것이다. 

이 기능은 2021년 3월 자바16에서 지원됐던 instanceof 패턴 매칭 기능에서 확장된 것으로, 앞으로 배열 관련 패턴이나 vararg 패턴을 지원하면서 패턴과 관련된 기능이 더 늘어날 수 있다. 레코드 패턴은 자바의 기능을 소형화하고 생산성이 높은 형태로 구현하려는 노력의 일환이며 자바 커뮤니티는 이를 프로젝트 엠버(Project Amber)라는 이름으로 따로 운영하고 있다.  

⚡외부 함수 및 메모리 API(프리뷰) : 자바 프로그램을 자바 런타임 외부에 있는 코드나 데이터와 호환될 수 있도록 만든 API 기술이다. 즉 외부 함수(예: 자바 런타임 외부에서 작동되는 코드)를 효율적으로 호출하고, 외부 메모리(예: JVM에서 관리하지 않은 메모리)에 안전하게 접근하면서 자바 프로그램이 네이티브 라이브러리를 불러오고 데이터를 처리할 수 있도록 도와준다. 이때 자바 네이티브 인터페이스(Java Native Interface)에 부정적인 영향을 주지 않고 작동할 수 있다. 

외부 함수와 메모리 API는 아직 인큐베이션 단계인 두 가지의 API와도 연관된다. 외부 메모리 액세스 API와 외부 링커 API다. 궁극적으로 외부 함수 및 메모리 API는 사용성, 성능, 범용성, 안정성을 높이기 위해 만들어졌다. 

⚡가상 쓰레드(프리뷰) : 경량 스레드로 애플리케이션의 작성 및 유지 보수, 모니터링을 비롯해 처리량을 높이고 동시성을 구현하는 데 필요한 노력을 극적으로 낮춰주는 역할을 한다. 서버 애플리케이션 코드를 쓰레드당 하나의 요청만 처리하는 식으로 간단히 작성하고 하드웨어 활용성을 최대로 올리고 싶을 때 사용하기 좋다. java.lang 쓰레드 API를 이용하는 기존 코드를 최소한으로 변경하면서 가상 쓰레드로도 만들 수도 있다. 기존 JDK 도구로 가상 쓰레드의 문제 해결, 디버깅, 프로파일링을 하는 것도 가능해진다. 

이 기능은 기존 자바 언어에서 제공하는 동시성 모델을 바꾸려고 만든 것은 아니며, 자바 언어나 자바 라이브러리에 새로운 데이터 병렬 구조를 제공하려는 것도 아니다. 또한 기존 쓰레드 실행을 없애거나 가상 스레드를 사용하도록 기존 애플리케이션을 자동으로 마이그레이션 하려는 목적도 없다. 

 

자바의 가상 스레드 아키텍처

⚡스위치 표현식과 구문을 위한 패턴 매칭(프리뷰) : 스위치 패턴 매칭을 확장하기 위한 기능으로 특정 작업을 수행하는 다양한 패턴과 관련해 표현식을 테스트하도록 도와준다. 사용자는 궁극적으로 복잡한 데이터 중심의 쿼리를 정교하고 안전하게 표현할 수 있다. 이 기능은 이전에 JDK17과 JDK18에서 프리뷰 형태로 제공됐다. 이번 프리뷰 버전에서는 보호받는 패턴을 스위치 블록 안의 when 절로 바꾸는 식으로 약간 개선했다. 또한 실렉터 표현식의 값이 null일 때 스위치 패턴의 런타임 시맨틱은 기존 스위치 시멘틱 구조와 더 밀접하게 연결된다. 

이 기능의 목표는 케이스 라벨 패턴을 드러나게 하면서 스위치 표현식 및 구문이 가진 표현성과 활용성을 높이는 것이다. 동시에 스위치 구문의 유명한 특징인 null에 대한 부정적인 경험을 줄이는 것을 추구한다. 여기에 문장의 안정성을 높이면서 동일한 시멘틱을 실행하거나 변경하지 않고도 기존 스위치 표현식과 문장 코드가 잘 컴파일될 수 있는 환경을 만들어준다.

⚡벡터API(인큐베이터) : 벡터 계산을 표현할 수 있는 도구다. 지원되는 CPU 아키텍처 하에 최적의 벡터 명령을 활용하고 런타임 중 안정적으로 컴파일할 수 있도록 도와준다. 이를 통해 비슷한 스칼라 계산보다 성능을 높였다. 벡터 API와 핫스폿 자동 벡터 지원 기술을 이용하고 동시에 예측 가능하고 강력한 사용자 모델이 있는 경우 개발자는 복잡한 벡터 알고리즘을 작성할 수 있다.

벡터 API는 JDK16, JDK17, JDK19 버전에서 모두 연구됐다. JDK 19용으로 제안된 API는 외부 함수 및 메모리 API 프리뷰에서 정의된 대로 MemorySegments로 보내거나 받는 벡터를 로드하고 저장하는 부분이 개선됐다. JDK19는 또한 두 가지 방식의 벡터 연산을 지원한다. 압축과 확장이다. 이를 통해 상호 보완적인 벡터 마스크 압축을 계산할 수 있다. 압축 벡터 연산은 마스크에 의해 선택된 소스 벡터의 라인을 라인 순서대로 목적지 벡터에 매핑한다. 확장 연산은 그 반대의 역할을 한다. 압축 작업은 쿼리 결과를 필터링하는 데 유용하다. 

벡터 API 외에도 비트 통합 라인 연산도 확장되는데, 여기에는 1비트의 수를 세고 비트 순서를 거꾸로 하고 비트를 압축하고 확장하는 연산도 포함된다. 이 API는 명확하고 간결하며 플랫폼 종류에 영향을 받지 않으며, x64와 AArch64 아키텍처에서 안정성 높은 런타임과 컴파일 성능을 얻는 것을 목표를 두고 있다. 또한 벡터 연산의 시퀀스로서 런타임에 완전히 표현될 수 없는 상황에선 ‘우아하게’ 성능을 낮출 수 있도록 도와준다. 

⚡리눅스/RISC-V 포트 : 자바에서 하드웨어 명령어 집합 구조(ISA)가 지원될 예정이다. 해당 ISA는 이미 언어 툴체인에서 광범위하게 활용되고 있다. RISC-V는 애초부터 ISA와 관련된 기술이다. 리눅스/RISC-V 포트는 RISC-V 중에서도 RV64GV 설정만 지원하는데, 이는 64비트 ISA용 기술로 벡터 명령이 포함된다. 자바 커뮤니티에선 향후 다른 RISC-V 설정도 고려할 가능성이 있다. 

해당 포트는 다음과 같은 자바 핫스팟 VM 옵션에서만 이용 가능하다.
템플릿 인터프리터, C1(client) JIT 컴파일러, C2(server) JIT 컴파일러, ZGC와 Shenandoah를 포함한 현재 모든 주류의 가비지 콜렉터. 

실제 포트 지원은 거의 완료됐으며 JEP(JDK Enhancement Proposal)는 해당 포트를 JDK 메인 레포지토리에 통합하는 부분에 집중하고 있다. 

 

원본 문서 : https://www.itworld.co.kr/news/238814#csidxe8b70a732c1dc05af1df50d7f11ea1f

자바19에 추가될 핵심 기능 7가지

 

⚡생각

위의 내용에 대해서는 누구든 자바 19 관련 자료를 찾는다면 나오는 내용일 것이다. 위에서 내가 주목한 내용은 가상 스레드이다. 

프리뷰이기 때문에 상황을 더 지켜봐야겠지만 가상 스레드를 java 내에서 사용한다는 것은 아주 큰 변화이다.  

JVM과 OS의 스레드 관계는 1:1 이다. 결국 하나의 OS 스레드는 하나의 CPU 코어를 사용하고 있다는 소리이며, 나머지 코어는 모두 놀고 있게 된다. 요청 갯수 와 저장 횟수가 많아지면 실행 소요 시간도 계속 늘어나게 된다.

하지만 가상 스레드를 사용하게 되면 1:1 쓰레드 관계가 성립이 되지 않는다.

가상 스레드는 기존의 JVM 스레드에 비해 훨씬 가볍다. 또한 구조적 동시성을 도입한다면 스레드를 사용한 블록과 연관되면서 동기화도 분명해지고 익숙한 코딩 스타일 그대로 사용할 수 있다. 기존에 java 내에서 멀티 쓰레드를 사용할수 있지만 예제를 찾아보면 알겠지만,  코드 자체도 복합하며, 디버그도 잘 되지 않는다.

프로젝트룸이 정상적으로 나오게 된다면 전문적으로 내용을 알면 좋겠지만 모르더라도 성능 좋은 코드를 작성할 수 있다고 생각한다.