왜 내 CompletableFuture 는 Console 에 로그가 없는가? ForkJoinPool 의 데몬 스레드를 알아보자

CompletableFuture를 활용한 비동기에서 콘솔에 로그가 남지 않는 문제

비동기 처리를 위해 CompletableFuture 사용법을 익히는 중, 비동기 처리 로직(Task 클래스의 doAsyncWithForkJoinPool( ))에서 콘솔에 로그가 남지 않는 문제가 발생했습니다. 이에 대해 알아보고자 합니다.

 

문제가 되었던 코드로 실행 결과는 "메인 종료" 만 나올 뿐, Thread.currentThread().getName() 관련 로그는 콘솔에 나오지 않았습니다.

// Main 클래스
public static void main(String[] args) {
        
   Task task = new Task();
   CompletableFuture<Void> future = task.doAsyncWithForkJoinPool().thenAccept(s -> {
       System.out.println("[main] Thread.currentThread().getName() = "
                            + Thread.currentThread().getName());
       System.out.println(s);
    });
    System.out.println("메인 종료");
}
    
// Task 클래스
public CompletableFuture<String> doAsyncWithForkJoinPool() {
    return CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
        System.out.println("[doAsync] Thread.currentThread().getName() = "
                            + Thread.currentThread().getName());
        return "doAsync";
    });
}

 

CompletableFuture란?

CompletableFuture는 Java 8부터 제공된 비동기 프로그래밍을 위한 강력한 도구입니다.
이를 통해 비동기 작업의 상태와 결과를 쉽게 관리할 수 있으며, 다음과 같은 기능을 제공합니다:

• 콜백 추가: 비동기 작업이 완료된 후 실행할 작업을 등록.
• 작업 조합: 여러 비동기 작업을 조합해 새로운 작업을 생성.
• 예외 처리: 비동기 작업 중 발생한 예외를 간편하게 처리.

기본적으로 CompletableFuture를 통해 비동기 작업을 처리하면 ForkJoinPool.commonPool()의 워커 스레드가 비동기 작업을 실행합니다.

 

그리고, 이 ForkJoinPool 이 문제의 원인이었습니다.

 

ForkJoinPool의 쓰레드 생성 원리

ForkJoinPool의 워커 스레드는 모두 데몬 스레드로 초기화된다고 명시되어 있습니다.

All worker threads are initialized with Thread.isDaemon set true.

 

또한, ForkJoinPool.commonPool()의 Javadoc의 밑줄을 해석하자면 비동기 작업이 프로그램 종료 전에 반드시 완료되어야 하는 프로그램에서는 commonPool().awaitQuiescence를 호출해야 한다고 나와있습니다.

Returns the common pool instance. This pool is statically constructed; its run state is unaffected by attempts to shutdown or shutdownNow. However this pool and any ongoing processing are automatically terminated upon program System.exit. Any program that relies on asynchronous task processing to complete before program termination should invoke commonPool().awaitQuiescence, before exit.

Returns: the common pool instance Since: 1.8

또한, ForkJoinPool 은 병렬 스트림(parallel())을 사용할 때 주로 나오는 용어입니다. 병렬 스트림을 사용할 때, ForkJoinPool() 의 쓰레드 수는 Runtime.availableProcessors 의 반환값으로 풀에 사용할 스레드 수를 결정합니다. (출처: 모던 자바 인 액션 中). 병렬 스트림에 관해서는 이번 내용과 무관해서 이번 글에서는 설명하지 않겠습니다.

 

데몬 스레드 중요한가?

JVM은 모든 사용자 스레드가 종료되었을 때 종료됩니다.
즉, 데몬 스레드는 사용자 스레드가 종료되면 작업 중이라도 JVM과 함께 강제로 종료됩니다.

Main 쓰레드가 종료될 때, JVM이 종료되는 것이 아닙니다.(출처 - 김영한님의 고급 자바 1편 中)

따라서, 데몬 스레드가 처리 중인 작업은 JVM이 종료되면서 작업 손실이 발생할 수 있습니다.

 

예제 코드: ForkJoinPool 와 ExecutorService 비교

아래 코드는 CompletableFuture를 활용해 비동기 작업을 처리하는 예제입니다.
비동기 작업은 기본적으로 ForkJoinPool.commonPool()의 데몬 스레드에서 실행됩니다.

 

코드를 보면 메인 쓰레드에서 CompletableFuture 를 활용해 doAsyncWithForkJoinPool 메서드를 비동기로 호출하고 있습니다. 이 때, ForkJoinPool.commonPool() 의 데몬쓰레드가 doAsyncWithForkJoinPool 메서드를 실행합니다.

// Main 클래스
public static void main(String[] args) {
        
   Task task = new Task();
   CompletableFuture<Void> future = task.doAsyncWithForkJoinPool().thenAccept(s -> {
       System.out.println("[main] Thread.currentThread().getName() = "
                            + Thread.currentThread().getName());
       System.out.println(s);
    });
    System.out.println("메인 종료");
}
    
// Task 클래스
public CompletableFuture<String> doAsyncWithForkJoinPool() {
    return CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
        System.out.println("[doAsync] Thread.currentThread().getName() = "
                            + Thread.currentThread().getName());
        return "doAsync";
    });
}

결과는 '메인 종료' 가 나왔습니다.

 

비동기 작업을 실행하는 데몬 스레드에서의 로그가 출력되지 않습니다. 이는 메인 스레드가 빠르게 종료되면서 JVM도 함께 종료되었기 때문입니다.

 

해결 방법: 사용자 스레드 사용

데몬쓰레드를 사용하는 ForkJoinPool 대신 사용자쓰레드를 사용하는 ExecutorService로 비동기 작업을 처리하면, 비동기 작업이 완료될 때까지 JVM이 종료되지 않습니다.

// Main 클래스
public static void main(String[] args) {
        
   Task task = new Task();
   CompletableFuture<Void> future = task.doAsyncWithExecutorService().thenAccept(s -> {
       System.out.println("[main] Thread.currentThread().getName() = " 
                           + Thread.currentThread().getName());
       System.out.println(s);
    });
    System.out.println("메인 종료");
}

// Task 클래스
public CompletableFuture<String> doAsyncWithExecutorService() {
    ExecutorService es = Executors.newCachedThreadPool();

    return CompletableFuture.supplyAsync(() -> {
        System.out.println("[doAsync] Thread.currentThread().getName() = " 
                            + Thread.currentThread().getName());
        return "doAsync";
    }, es);
}

결과는 총 4줄의 로그가 남았습니다.

메인 종료
[doAsync] Thread.currentThread().getName() = pool-2-thread-1
[main] Thread.currentThread().getName() = pool-2-thread-1
doAsync

 

즉, ExecutorService를 사용하면 사용자 스레드가 비동기 작업을 실행하며, JVM은 모든 사용자 스레드가 비동기 작업을 처리할 때까지 종료하지 않고 대기합니다. 이로 인해 비동기 작업의 모든 로그가 정상적으로 출력됩니다.

 

결론 및 개인적인 의견

여기서부터는 이 경험을 통해 생각하게 된 제 개인적인 의견입니다.

비동기를 사용할 때는 주로 I/O 작업과 같이 시간이 오래 걸리는 작업을 처리하기 위해 사용합니다.
이러한 작업을 ForkJoinPool.commonPool()을 사용하는 CompletableFuture로 처리한다면, JVM이 정상적으로 종료될 때 작업이 완료되지 않았음에도 JVM이 종료되면서 작업 손실이 발생할 가능성이 있습니다.

 

스레드 풀을 학습하다 보면 우아한 종료(Graceful Shutdown)라는 개념을 접하게 됩니다.
우아한 종료란, 큐에 남아 있는 작업을 모두 처리한 후 종료하여 작업 손실을 방지하는 방식입니다.
이는 작업의 신뢰성을 보장하기 위한 필수적인 습관으로, 모던 자바 인 액션에서도 이러한 중요성을 강조하고 있었는데요.

 

이와 마찬가지로, CompletableFuture 작업도 우아한 종료처럼 작업 손실이 없어야 하지 않을까? 라고 생각해봅니다.
따라서, 데몬 스레드를 워커 스레드로 사용하는 ForkJoinPool 대신, ExecutorService 기반의 사용자 스레드 풀을 사용해서 비동기 처리가 정상적으로 종료 될 수 있게 하면 좋을 것 같다는 결론을 말씀드리며 글을 마무리 하겠습니다. 

 

 

참고

- 스택오버플로우: Why is CompletableFuture.supplyAsync succeeding a random number of times?