Worker Threads로 CPU 집약 작업 분리하기

# Worker Threads — CPU 집약 작업을 분리한다

Worker Threads는 Node.js 12에서 stable이 됐다. 이름에 "스레드"가 들어가지만, 일반 스레드처럼 메모리를 공유하지 않는다. 각 Worker는 독립적인 V8 인스턴스와 이벤트 루프를 가진다.

## 왜 cluster가 아니라 Worker인가

cluster 모듈로 프로세스를 여러 개 띄우면 CPU 코어를 활용할 수 있다. 하지만 cluster는 HTTP 서버를 스케일하는 용도에 맞다 — 무거운 단일 연산을 분리하는 데는 오버헤드가 크다.

Worker Threads는 같은 프로세스 안에서 실행된다. 프로세스 생성보다 가볍고, `SharedArrayBuffer`로 제한적인 메모리 공유도 가능하다.

## 기본 패턴

```javascript
// main.js
const { Worker } = require("worker_threads");

// worker.js
const { workerData, parentPort } = require("worker_threads");

function heavyCompute(n) {
    let result = 0;
    for (let i = 0; i < n; i++) result += Math.sqrt(i);
    return result;
}

parentPort.postMessage(heavyCompute(workerData.n));
```

메인 스레드와 Worker 사이의 통신은 메시지 패싱이다. 데이터는 복사된다(구조적 복제 알고리즘). 직접 메모리 참조는 불가 — `SharedArrayBuffer`를 제외하면.

## 언제 Worker를 써야 하나, 언제 쓰지 말아야 하나

**Worker Threads가 맞는 경우:**
- 이미지 처리, 비디오 인코딩
- 암호화 작업 (bcrypt, Argon2 — libuv 스레드 풀보다 더 세밀한 제어가 필요할 때)
- 대규모 데이터 변환 (CSV 파싱, 대용량 JSON 처리)
- ML 추론 (TensorFlow.js Node backend)

**Worker가 도움이 안 되는 경우:**
- I/O 바운드 작업 — 이건 이미 libuv가 비동기로 처리한다
- 짧은 연산 — Worker 생성·통신 오버헤드가 연산 시간보다 클 수 있다
- 빈번한 소량 데이터 교환 — 메시지 복사 비용이 쌓인다

## Worker Pool 패턴

Worker를 매 요청마다 생성하면 오버헤드가 크다. Worker Pool을 미리 만들어두고 재사용한다:

```javascript
const { Worker } = require("worker_threads");
const os = require("os");

class WorkerPool {
    constructor(workerPath, poolSize = os.cpus().length) {
        this.workers = Array.from({ length: poolSize }, () => ({
            worker: new Worker(workerPath),
            busy: false,
        }));
        this.queue = [];
    }

run(data) {
        return new Promise((resolve, reject) => {
            const slot = this.workers.find(w => !w.busy);
            if (slot) {
                this._dispatch(slot, data, resolve, reject);
            } else {
                this.queue.push({ data, resolve, reject });
            }
        });
    }

_dispatch(slot, data, resolve, reject) {
        slot.busy = true;
        slot.worker.once("message", result => {
            slot.busy = false;
            resolve(result);
            if (this.queue.length > 0) {
                const next = this.queue.shift();
                this._dispatch(slot, next.data, next.resolve, next.reject);
            }
        });
        slot.worker.postMessage(data);
    }
}
```

이 패턴은 CPU 코어 수에 맞게 Worker를 유지하면서 요청 큐를 처리한다.

## 이벤트 루프를 완전히 이해하면 뭐가 달라지나

단일 스레드, 비동기 I/O, microtask 우선순위, libuv 스레드 풀, Worker Threads — 이 전체 그림을 이해하면 Node.js 서버 성능 문제의 대부분이 어디서 오는지 진단할 수 있다.

`await`를 한 번 더 넣었는데 순서가 바뀌었다면 microtask 큐 문제다. DNS 조회가 병목이라면 `dns.lookup` 대신 `dns.resolve`를 쓰면 스레드 풀을 쓰지 않는다. 서버가 CPU 집약적 요청 하나에 걸려서 다른 요청을 못 받는다면 Worker Pool이 답이다.

추측이 아니라 구조를 이해하고 디버깅하는 것 — 그게 이 시리즈를 읽은 이유다.

Worker Threads로 CPU 집약 작업 분리하기

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