GitHub Actions의 실행 구조와 워크플로 튜닝 기법

GitHub Actions에서 이벤트가 워크플로 실행이 되어 러너에 배정되기까지의 파이프라인 구조와 최근 장애 이력을 살펴보고, 그 구조에서 나오는 튜닝 기법을 측정, 트리거 조건, concurrency, 캐시, 잡 분리, 러너 선택 순서로 정리했습니다.

GitHub Actions 워크플로가 느려지면 푸시한 뒤 결과를 확인하기까지 기다리는 시간이 길어지고, 리뷰와 배포도 함께 밀립니다. 그런데 워크플로 파일만 보고 어느 설정을 고쳐야 할지 정하기는 어렵습니다. 느린 원인이 빌드일 수도, 의존성 내려받기일 수도, 러너를 배정받기까지의 대기일 수도 있기 때문입니다.

이 글에서는 먼저 워크플로가 실행되기까지 GitHub 내부에서 거치는 파이프라인 구조와 최근 장애 이력을 살펴봅니다. 그 다음에 실행 시간을 줄이는 기법을 측정 → 실행 횟수 줄이기 → 캐시 → 병렬화 → 러너 선택 순서로 정리했습니다.

GitHub의 사양·요금·한도는 2026년 8월 28일에 확인한 값입니다. 바뀔 수 있으므로 글 끝의 공식 문서를 함께 확인하시기를 권합니다.

1. 이벤트에서 러너까지의 실행 파이프라인과 장애

구체적인 튜닝 기법을 보기 전에, 푸시 한 번이 러너 위에서 도는 잡이 되기까지 GitHub 내부에서 거치는 경로를 정리합니다. 튜닝하려면 시간이 어디에서 소모되는지 알아야 하는데, GitHub이 Actions의 내부 구조를 직접 공개하지는 않습니다. 대신 공식 문서와 장애 보고서(availability report)에 흩어져 있는 내부 서비스에 대한 언급으로 구조를 재구성할 수 있고, 장애 사례는 그 구조의 어느 단계가 실제로 막히는지도 보여줍니다.

1.1. 워크플로를 트리거하는 이벤트의 종류

워크플로는 on에 선언한 이벤트가 발생할 때 실행됩니다. 이벤트는 성격에 따라 네 갈래로 나뉩니다.

분류 이벤트 특성

webhook 이벤트

push, pull_request, issues

저장소 활동이 만드는 이벤트입니다. issues처럼 특정 브랜치에 묶이지 않는 이벤트는 기본 브랜치의 워크플로 파일만 트리거합니다.

스케줄

schedule

cron 문법으로 지정하고 기본 브랜치에서만 실행됩니다. 부하가 높은 시간대에는 실행이 지연될 수 있습니다.

수동·외부 트리거

workflow_dispatch, repository_dispatch

workflow_dispatch는 사용자가 UI·CLI·API로 직접 시작합니다. repository_dispatch는 외부 시스템이 REST API를 호출해 트리거합니다.

워크플로 간 트리거

workflow_run, workflow_call

workflow_run은 다른 워크플로의 시작·완료에 반응해 별도 실행을 만듭니다. workflow_call은 재사용 워크플로를 호출하는 메커니즘이라, 호출한 쪽 실행 안에서 돌고 별도 실행을 만들지 않습니다.

성능 관점에서는 schedule의 공식 문서 문구를 알아둘 만합니다. GitHub은 schedule 이벤트가 Actions 전체의 부하가 높은 시간대에 지연될 수 있고, 매시 정각이 바로 그런 시간대이며, 부하가 충분히 높으면 큐잉된 잡이 아예 드랍될 수도 있다고 안내합니다. cron의 분을 0이 아닌 값으로 두면 정각에 몰리는 혼잡을 피할 수 있습니다.

이벤트 자체가 생성되지 않는 경우도 있습니다. 한 번에 5,000개가 넘는 브랜치를 푸시하면 push 이벤트가 만들어지지 않고, 태그를 한 번에 3개 넘게 푸시하면 태그에 대한 이벤트가 만들어지지 않습니다. 워크플로가 실행되지 않았는데 로그도 없다면, 워크플로 설정보다 앞 단계인 이벤트 생성이 생략되지 않았는지 의심해 볼 수 있습니다.

1.2. 내부 큐 구조와 GraphQL 계층

서버 쪽 내부 구조를 설명하는 문서는 없지만, 공식 문서와 장애 보고서 곳곳에 언급된 내부 서비스와 의존 시스템의 정보를 이으면 큰 흐름을 재구성할 수 있습니다.

  1. 이벤트 접수: push 같은 저장소 활동은 webhook 이벤트가 되어 Kafka 기반의 백그라운드 잡 파이프라인으로 들어갑니다. 2023년 8월 장애 보고서는 이 파이프라인이 막히자 webhook 전달과 Actions 트리거가 함께 지연됐다고 기록합니다. 즉 Actions는 이벤트를 직접 받는 것이 아니라 GitHub의 공용 비동기 처리 계층을 거쳐 받습니다.

  2. 실행 생성: "이벤트를 처리하고 잡을 생성하는 내부 Actions 서비스"가 저장소의 워크플로 파일에서 트리거 조건을 평가해 워크플로 실행(run)과 잡을 만듭니다. 이 표현은 2026년 8월 6일 장애의 공식 원인 분석에 나옵니다. 이 경로는 커밋에 검사 상태를 기록하는 check suite 생성과 GraphQL 계층도 지납니다. 2021년 3월에는 check suite ID가 Int32 범위를 넘어서자 의존하던 GraphQL 라이브러리가 JSON을 읽지 못했고, 그 결과 잡이 큐에 들어가지 못하는 장애가 있었습니다.

  3. 잡 큐잉과 배정: 만들어진 잡은 큐에 들어가고, 잡 배정을 담당하는 서비스가 runs-on 레이블·그룹이 맞는 유휴 러너를 찾아 잡을 배정합니다. 잡 오케스트레이션은 Redis 클러스터에 의존합니다.

  4. 러너 수령: 러너는 GitHub으로 아웃바운드 HTTPS 연결만 열고, 50초 단위의 long poll로 잡을 기다립니다. 러너 애플리케이션은 Azure Pipelines Agent의 포크이고, 로그와 아티팩트는 Azure Blob Storage로 올라갑니다.

이벤트 접수부터 러너 수령까지 GitHub Actions 실행 파이프라인 다이어그램

이와 같이 워크플로 실행은 여러 큐와 서비스를 지나는 비동기 파이프라인입니다. webhook 처리 → 실행 생성 → 잡 큐 → 러너 배정 중 어느 구간이 막혀도 사용자에게는 똑같이 "워크플로가 시작되지 않는" 증상으로 보입니다.

참고로 러너가 GraphQL API를 직접 호출하지는 않습니다. 액션 내려받기와 API 호출은 api.github.com 등 REST 엔드포인트와 *.actions.githubusercontent.com 계열 도메인을 씁니다. 워크플로 파일을 읽거나 액션을 resolve하는 단계에서 내부적으로 GraphQL을 쓰는지는 공개된 자료가 없습니다.

1.3. 성능을 좌우하는 조건 평가 시점

이 구조에서 성능에 크게 영향을 주는 요소는 워크플로 파일이나 조건식의 개수가 아니라, 조건이 파이프라인의 어느 단계에서 평가되는가입니다. 조건은 앞쪽에서 평가될수록 이득입니다. 같은 "건너뛰기"라도 평가 시점이 다릅니다.

  • onpaths·branches 필터는 실행 생성 전에 평가됩니다. 필터에 걸리면 실행 자체가 만들어지지 않아 파이프라인에 아무것도 들어가지 않습니다.

  • jobs.<job_id>.if는 실행이 만들어진 뒤 잡 수준에서 평가됩니다. 조건이 거짓이면 잡은 skipped가 되어 러너를 쓰지 않지만, 실행은 생성되어 실행 목록에 남습니다.

그래서 튜닝의 핵심은 실행과 잡을 만들지 않도록 조건을 가능한 한 앞 단(on 필터)으로 옮기는 일입니다.

반대로 개수는 걱정할 요인이 아닙니다. 트리거 평가는 파일 단위로 일어나므로 파일이 많으면 평가할 대상도 늘어나는 셈이지만, 파일 수가 실행 시작을 늦춘다는 공식 자료나 측정은 찾지 못했습니다. 공식 한도도 파일 수가 아니라 파일 하나의 크기(500KB), 트리거 이벤트 빈도(저장소당 10초에 1,500개), 실행 생성 빈도(10초에 500개)에 걸려 있습니다. 조건식도 마찬가지입니다. 표현식 평가는 서버 쪽에서 일어나고, 그 비용이 실행 시간에 잡힐 만큼 크다는 근거는 없습니다. 워크플로 파일을 합치거나 조건식을 줄이는 정리는 관리 편의로는 의미가 있어도, 실행 시간을 줄이는 수단은 아닙니다.

두 평가 시점의 차이는 필수 상태 검사 문제와도 이어집니다. on 필터로 워크플로를 건너뛰면 검사가 Pending으로 남아 병합이 막히지만, 잡 수준 if로 건너뛴 잡은 상태가 Success로 보고되어 병합을 막지 않습니다. 그래서 필수 검사로 지정한 워크플로에서는 경로 필터 대신 잡 수준에서 변경 파일을 판별해 건너뛰는 방식이 우회책이 됩니다.

1.4. 잦은 Actions 장애와 파이프라인 구조의 관계

앞 절에서 장애 보고서는 구조를 재구성하는 근거였는데, 이 절에서는 장애 사례 자체를 봅니다. 장애가 파이프라인의 어느 단계를 막는지, 그리고 그때 생기는 지연이 왜 워크플로 튜닝의 범위 밖인지가 여기서 드러납니다.

2025년 말부터 GitHub의 장애는 잦아지고 있습니다. 월별 availability report에 집계된 인시던트 수가 2025년 하반기에는 월 3~5건이었는데 2026년에는 월 6~10건으로 늘었습니다. 이 글을 쓰는 2026년 8월에는 1일부터 27일까지 githubstatus.com에 올라온 인시던트 25건 중 7건이 Actions 관련이었습니다. 증상도 "실행 시작 지연", "잡이 queued 상태로 고착"처럼 파이프라인 앞 단이 막히는 유형이 반복됩니다.

원인을 나눠 보면, Actions 파이프라인 자체의 장애와 파이프라인이 의존하는 공용 서비스·인프라의 장애가 섞여 있습니다.

  • 파이프라인 자체의 장애: 2026년 8월 6일에는 이벤트를 처리해 잡을 생성하는 내부 서비스에 정기 배포가 나가면서 잠재해 있던 용량 문제가 드러났고, 피크에는 워크플로 실행의 71%가 실패했습니다. 잡 배정 서비스의 버그로 러너가 이미 무효가 된 잡을 배정받아 재시도를 반복했고, GitHub은 복구를 위해 webhook 유입을 평소의 15% 수준으로 줄였습니다. 그 밖에도 잡 오케스트레이션용 Redis 클러스터 문제로 실행의 95%가 5분 안에 시작하지 못한 장애(2026년 3월 5일), 러너 관련 서비스의 SSL 인증서 만료(2026년 7월과 8월), 데이터베이스 primary 포화(2026년 8월 26일)가 이어졌습니다. 2026년 5월 26일에는 자동 계정 심사 시스템이 Actions의 내부 서비스 계정을 오인해 정지시키는 바람에 새로 큐잉된 모든 실행이 실패하기도 했습니다.

  • 공용 서비스·인프라 장애의 전파: Actions는 webhook, API, 데이터베이스·캐시 계층, Azure 인프라에 바탕을 두고 있습니다. 2025년 10월 29일 Azure Front Door 장애 때는 호스티드 러너 잡이 실패했고, 2026년 6월 8일에는 github.com의 릴리스 다운로드 엔드포인트가 504를 반환하자 그 엔드포인트에 의존하는 워크플로들이 실패했습니다. Actions 자체는 정상이어도 의존 대상이 무너지면 함께 무너지는 구조라서, github.com 전반에 걸친 장애에서는 거의 항상 Actions가 영향 목록에 들어갑니다.

GitHub도 이 구조를 문제로 인정하고, 2026년 3월에 "Actions와 Git 같은 핵심 시스템이 공유 인프라 문제에 영향받지 않도록 의존성을 격리하겠다"고 밝혔습니다. 커뮤니티에서는 진행 중인 데이터센터 이전 작업을 장애 증가와 연결하는 추측도 있지만, 공식 장애 보고서가 이전 작업을 원인으로 지목한 적은 없습니다.

장애나 혼잡으로 생기는 대기 시간은 워크플로 안쪽을 아무리 튜닝해도 줄지 않습니다. 그래서 이 글에서는 먼저 튜닝할 대상을 측정할 수 있는 기법을 설명합니다.

2. 단계별 소요 시간 측정

워크플로를 고치기 전에 어느 단계가 시간을 쓰는지부터 확인해야 합니다. GitHub UI의 실행 결과 화면에서 각 단계를 펼치면 소요 시간이 나오지만, 여러 실행을 비교하려면 gh CLI로 뽑는 편이 빠릅니다.

gh run view -R <owner>/<repo> <run-id> --json jobs --jq '
  .jobs[] | "JOB \(.name): \(((.completedAt|fromdateiso8601) - (.startedAt|fromdateiso8601)))s",
  (.steps[] | "  \(.name): \(((.completedAt|fromdateiso8601) - (.startedAt|fromdateiso8601)))s")'

측정하지 않고 "빌드가 느리다"고 짐작해서 캐시 설정부터 손대면, 효과가 거의 없는 곳에 시간을 쓰게 됩니다. 전체 시간의 대부분을 빌드가 아닌 단계(예: 아티팩트나 패키지 업로드)가 차지하는 워크플로도 흔합니다.

2.1. 대기 시간 확인

잡이 실제로 실행된 시간과 별개로, 러너를 배정받기까지 기다리는 시간이 따로 있습니다. 워크플로 실행이 생성된 시각(createdAt)과 잡이 시작된 시각(startedAt)의 차이가 대기 시간입니다. 앞에서 본 파이프라인으로 말하면 잡 큐잉부터 러너 배정까지의 구간입니다.

gh run view -R <owner>/<repo> <run-id> --json createdAt,jobs \
  --jq '"created: \(.createdAt)", (.jobs[] | "started: \(.startedAt)")'

개인 저장소에서는 대기가 거의 없지만, 동시 실행 한도에 걸리는 조직 저장소에서는 대기가 실행 시간보다 길어지기도 합니다. 그런 상황이면 워크플로 내부를 아무리 다듬어도 체감 시간이 줄지 않습니다. 저장소나 조직의 Insights 탭에 있는 Actions Performance Metrics에서 잡별 평균 실행 시간과 평균 대기 시간을 최대 1년 치까지 볼 수 있으니, 여기서 대기가 문제인지 실행이 문제인지를 먼저 구분하는 편이 좋습니다.

3. 실행 횟수 줄이기

가장 확실하게 시간을 줄이는 방법은 실행 횟수 자체를 줄이는 것입니다. 실행할 필요가 없는 워크플로는 트리거 조건으로 거르고, 결과를 볼 필요가 없어진 실행은 concurrency로 취소합니다.

3.1. 트리거 조건으로 불필요한 실행 제거

onpathspaths-ignore를 걸면 바뀐 파일 경로에 따라 실행을 건너뜁니다. 앞에서 본 대로 이 필터는 실행 생성 전에 평가되므로, 필터에 걸리면 파이프라인에 아무것도 들어가지 않습니다.

on:
  push:
    branches: [main]
    paths:
      - 'examples/**'
      - '.github/workflows/test-examples.yml'

paths를 쓸 때는 워크플로 파일 자신을 목록에 넣어 두는 점이 중요합니다. 이렇게 해야 워크플로를 고쳤을 때 그 변경이 검증됩니다.

Caution

브랜치 보호 규칙에서 필수 상태 검사(required status check)로 지정한 워크플로에는 경로 필터를 쓰면 안 됩니다. 필터 때문에 워크플로를 건너뛰면 검사 상태가 Pending으로 남고, 풀 리퀘스트는 "Waiting for status to be reported" 상태로 병합이 막힙니다. GitHub 문서는 필수 검사에 경로·브랜치 필터를 쓰지 말라고 안내하고, 굳이 써야 한다면 같은 이름으로 항상 성공하는 워크플로를 paths-ignore와 함께 하나 더 두는 우회책을 제시합니다.

3.2. concurrency로 중복 실행 취소

같은 브랜치에 커밋을 연달아 밀어 넣으면 이전 커밋의 워크플로가 계속 돌고 있는데 새 실행이 또 시작됩니다. 결과를 볼 필요가 없는 실행이 러너를 차지합니다. concurrency로 그룹을 묶고 cancel-in-progress를 켜면 진행 중이던 실행이 취소됩니다.

concurrency:
  group: ci-${{ github.ref }}
  cancel-in-progress: true

그런데 이 설정을 모든 워크플로에 넣으면 안 됩니다. 배포 워크플로는 중간에 취소되면 어중간한 상태로 남을 수 있습니다. 그런 워크플로는 그룹만 묶고 취소는 끕니다.

concurrency:
  group: deploy
  cancel-in-progress: false

cancel-in-progress: false로 두면 진행 중인 실행은 끝까지 돌고 새 실행은 대기합니다. 다만 기본값으로는 한 그룹에서 대기할 수 있는 실행이 하나뿐이고, 뒤에 들어온 실행이 먼저 대기하던 실행을 취소합니다. 커밋 세 개를 연달아 밀면 첫 번째는 배포되고 두 번째는 취소되며 세 번째만 배포됩니다. 중간 실행까지 모두 돌려야 한다면 queue: max를 지정해 최대 100개까지 줄을 세울 수 있습니다. queue: maxcancel-in-progress: true는 동작이 서로 어긋나므로 함께 쓸 수 없습니다.

4. 의존성 캐시와 그 비용

의존성을 내려받는 시간은 대개 캐시로 줄입니다. actions/cache를 직접 쓰기 전에, 언어별 setup 액션에 내장된 캐시 옵션을 먼저 확인하는 편이 간단합니다.

액션 설정 캐시 대상

actions/setup-go

cache: true (기본값)

모듈 캐시와 빌드 캐시

actions/setup-node

cache: npm 또는 pnpm, yarn

패키지 매니저의 전역 캐시 디렉터리

actions/setup-python

cache: pip

pip 캐시 디렉터리

actions/setup-java

cache: gradle 또는 maven

~/.gradle, ~/.m2/repository

gradle/actions/setup-gradle

기본 동작

Gradle 사용자 홈과 설정 캐시

4.1. 캐시의 손익 계산

캐시는 복원과 저장에도 시간을 씁니다. 복원은 setup 단계에서, 저장은 잡 마지막의 Post 단계에서 일어나므로, 실행 결과 화면에서 이 두 단계의 시간을 보면 캐시가 얼마를 쓰는지 알 수 있습니다.

캐시가 이득인지는 "다시 내려받는 시간"과 "복원 + 저장 시간"의 차이로 정해집니다. 의존성 다운로드에 시간을 많이 쓰는 프로젝트는 캐시로 줄어들 가능성이 높지만, 압축한 결과가 수백 MB인 캐시를 만들면 올리고 내리는 시간이 다시 받는 시간을 넘길 수 있습니다. 어느 쪽인지는 캐시를 붙인 전후의 잡 전체 시간을 비교해야 알 수 있습니다. 다음 글에 캐시를 붙여도 잡 전체 시간이 줄지 않은 실제 측정 사례를 실었습니다.

4.2. 캐시 한도와 스코프

캐시를 설계할 때 알아야 할 GitHub의 제약이 세 가지 있습니다.

  • 저장소당 기본 한도는 10GB입니다. 한도를 넘으면 기존 캐시가 삭제됩니다.

  • 7일 넘게 접근되지 않은 캐시는 삭제됩니다. 한 달에 한 번 도는 워크플로는 매번 캐시가 없는 상태로 시작합니다.

  • 워크플로 실행은 현재 브랜치와 기본 브랜치의 캐시를 복원할 수 있습니다. 풀 리퀘스트에서 실행됐다면 base 브랜치의 캐시도 복원합니다. 자식 브랜치나 형제 브랜치의 캐시는 쓰지 못합니다.

풀 리퀘스트에는 규칙이 하나 더 붙습니다. 풀 리퀘스트에서 만든 캐시는 병합 참조(refs/pull/…​/merge)에 묶이므로, 그 풀 리퀘스트를 다시 실행할 때만 복원됩니다. 기본 브랜치나 다른 풀 리퀘스트는 그 캐시를 쓰지 못합니다. 따라서 캐시를 처음 채우는 일은 기본 브랜치의 워크플로가 맡아야 하고, 풀 리퀘스트는 거기서 복원해 쓰는 구조가 됩니다.

5. 잡 분리와 매트릭스의 손익

한 잡 안에서 순서대로 실행하던 작업을 여러 잡으로 나누면 병렬로 돌아갑니다. 매트릭스를 쓰면 같은 작업을 여러 입력으로 반복하는 잡을 한 번에 선언할 수 있습니다.

jobs:
  test:
    runs-on: ubuntu-latest
    strategy:
      matrix:
        python-version: ["3.10", "3.11", "3.12"]

나눠진 잡들은 동시에 시작하므로, 러너 사용 시간의 합은 잡들의 합이지만 실제로 기다리는 시간은 가장 느린 잡의 시간으로 줄어듭니다.

여기에 두 가지 대가가 따릅니다.

첫째, 잡마다 러너 준비 비용을 다시 냅니다. Set up job, 체크아웃, setup 액션까지 실제 작업 전에 대개 10~30초를 씁니다. 잡을 셋으로 나누면 이 비용을 세 번 냅니다. 전체가 30초짜리인 워크플로를 나누면 오히려 느려집니다.

둘째, 잡 사이에 데이터를 넘기려면 아티팩트 업로드와 다운로드가 필요합니다. 한 잡 안에서는 파일 시스템에 그대로 두면 되던 빌드 결과물을, 잡을 나누면 올렸다가 다시 받아야 합니다.

그래서 잡을 나눌 만한 경우는 다음과 같습니다.

  • 서로 결과를 주고받지 않는 작업이다. 예: 린트, 테스트, 문서 빌드

  • 각 작업이 러너 준비 비용(10~30초)보다 충분히 오래 걸린다

  • 매트릭스처럼 같은 작업을 다른 입력으로 반복한다

needs로 잡 사이 의존을 걸면 병렬성이 사라지므로, 정말 앞 잡의 결과가 필요할 때만 씁니다. 매트릭스에서는 fail-fast가 기본값 true라, 한 조합이 실패하면 나머지 조합이 취소됩니다. 실패를 빨리 알고 러너 시간을 아끼려면 그대로 두고, 어느 버전에서 깨지는지 한 번에 다 보려면 false로 바꿉니다.

6. 러너 사양과 종류 선택

같은 워크플로도 저장소 공개 여부에 따라 다른 사양에서 돕니다.

구분 공개 저장소 비공개 저장소

Linux 표준 러너

4 vCPU, 16GB RAM

2 vCPU, 8GB RAM

디스크

14GB SSD

14GB SSD

비공개 저장소의 표준 러너는 2코어입니다. Gradle의 병렬 빌드나 go test -p처럼 코어 수에 비례하는 작업은 여기서 기대만큼 빨라지지 않습니다. 공개 저장소에서 측정한 시간을 비공개 저장소에 그대로 대입하면 안 되는 이유이기도 합니다.

선택할 수 있는 러너는 세 가지입니다.

  • arm64 표준 러너: ubuntu-24.04-arm 같은 레이블로 씁니다. 2025년 8월에 공개 저장소에서 정식 출시됐고, 2026년 1월부터 비공개 저장소에서도 쓸 수 있습니다. x64 대비 분당 단가가 낮고, 워크로드에 따라 더 빠릅니다. 다만 네이티브 확장을 빌드하는 프로젝트는 arm64용 휠이나 바이너리가 있는지 확인해야 합니다.

  • Larger runner: 코어를 8개 이상으로 늘린 유료 러너입니다. 공개 저장소에서도 항상 과금되므로, 늘어난 코어를 실제로 쓰는 작업인지 먼저 확인해야 합니다.

  • Self-hosted runner: 캐시와 도구를 디스크에 남겨 둘 수 있어 준비 시간이 짧습니다. 대신 러너를 직접 관리해야 하고, 공개 저장소에서는 포크의 풀 리퀘스트가 임의의 코드를 실행할 수 있어 보안 위험이 큽니다.

운영체제 선택도 시간과 비용에 영향을 줍니다. 표준 러너의 분당 단가는 Linux 2코어가 $0.006, Windows 2코어가 $0.010, macOS 3~4코어가 $0.062입니다. 공개 저장소에서는 표준 러너가 무료지만, 비공개 저장소에서 macOS 러너를 쓰면 같은 시간에 Linux의 10배가 넘게 청구됩니다. macOS 러너는 애플 플랫폼용 빌드에만 쓰고, 나머지는 Linux에 두는 편이 낫습니다.

7. 체크아웃과 아티팩트 다듬기

남은 두 가지는 개별 효과가 크지는 않지만 설정이 간단합니다.

actions/checkoutfetch-depth 기본값은 1이라 최신 커밋 하나만 받습니다. 0으로 바꾸면 전체 이력을 받는데, 커밋이 수만 개인 저장소에서는 이 단계만 수십 초가 걸립니다. 릴리스 노트 생성처럼 이력이 정말 필요한 잡에만 0을 지정하고, 나머지는 기본값을 두면 됩니다. 모노레포에서 일부 디렉터리만 필요하다면 sparse-checkout으로 받는 범위를 줄일 수 있습니다.

- uses: actions/checkout@v4
  with:
    sparse-checkout: |
      services/api
      libs/common

아티팩트는 필요할 때만 올립니다. 예를 들어 테스트 리포트를 실패했을 때만 업로드하면, 성공한 실행에서는 이 단계가 0초로 끝납니다.

- name: Upload test reports on failure
  if: failure()
  uses: actions/upload-artifact@v4
  with:
    name: test-reports
    path: build/reports/tests/test

actions/upload-artifact는 v4에서 업로드·다운로드가 최대 10배 빨라졌으므로, v3 이하를 쓰고 있다면 올리는 편이 좋습니다. 다만 v4부터 아티팩트가 워크플로가 아닌 잡 단위로 묶이므로, 매트릭스 잡에서 같은 이름으로 올리면 충돌합니다. 이름에 매트릭스 값을 붙여 구분해야 합니다.

8. GitHub Enterprise Server에서 달라지는 손익 계산

지금까지의 계산은 github.com을 전제로 했습니다. 앞의 조건 평가 시점 절에서 파일 수와 조건식의 개수는 걱정할 요인이 아니라고 했는데, 그 전제는 트리거 평가와 실행 생성이 GitHub의 공용 인프라에서 일어난다는 것이었습니다. 설치형인 GitHub Enterprise Server(GHES)에서는 이 전제가 달라집니다. webhook 접수부터 트리거 평가, 실행 생성, 잡 큐잉까지 파이프라인 전체가 사내 인스턴스의 자원으로 돌아가기 때문입니다. GitHub은 GHES에서 Actions를 켜는 데에 최소 8 vCPU와 64GB 메모리를 요구하고, 연결하는 러너 수에 따라 권장 사양을 올려 잡습니다(예: 32 vCPU·160GB 메모리의 최대 연결 러너 수는 2,700대).

그래서 github.com에서는 유지보수성 관점에서 추천했던 파일 정리가 GHES에서는 자기 인스턴스의 용량 절감이 됩니다. 안 쓰는 워크플로를 삭제·비활성화하고, 미러링이나 봇의 대량 푸시처럼 워크플로가 필요 없는 이벤트를 줄이면, 그만큼 인스턴스가 처리할 평가와 실행 생성이 줄어듭니다. schedule의 정각 분산도 의미가 달라집니다. github.com에서는 GitHub의 혼잡을 피하는 요령이었지만, GHES에서는 조직 전체의 cron이 정각에 몰리면 내 인스턴스에 부하 스파이크가 생깁니다. 다만 GHES에서도 트리거 평가 자체가 병목이라는 근거가 따로 있지는 않으므로, 이런 정리는 지연을 고치는 처방이라기보다 인스턴스 용량을 아끼는 예방에 가깝습니다.

러너와 스토리지의 전제도 다릅니다. GHES에는 GitHub 호스티드 러너가 없어 셀프 호스티드 러너만 쓸 수 있습니다. 잡이 큐에서 기다리는 시간이 전적으로 사내 러너 풀의 용량에 달려 있으므로, 러너 사양 절에서 본 표준 러너의 사양·단가 비교는 GHES에 적용되지 않습니다. 로그·아티팩트·캐시는 별도로 준비한 외부 blob storage(S3, Azure Blob 등)에 저장되므로, 캐시의 손익도 그 스토리지의 성능에 따라 달라집니다.

측정 수단은 오히려 늘어납니다. github.com에서는 실행 생성 앞 구간이 블랙박스지만, GHES 관리자는 관리 콘솔의 모니터 대시보드에서 CPU·메모리 포화, 백그라운드 잡 큐 적체, Actions 관련 지표를 직접 볼 수 있습니다. 실행 시작이 느릴 때 워크플로를 고치기 전에 인스턴스 쪽 병목부터 확인할 수 있으므로, 측정을 먼저 하라는 이 글의 순서는 GHES에서도 그대로 적용됩니다.

9. 정리

지금까지 살펴본 기법을 적용 순서대로 정리하면 다음과 같습니다.

순서 확인할 것 주의할 점

1

gh run view로 단계별 시간과 대기 시간 측정

대기가 길면 워크플로 내부 최적화는 효과가 없다

2

paths·paths-ignore로 실행 자체를 제거

필수 상태 검사에는 쓰지 않는다

3

concurrency로 중복 실행 취소

배포 워크플로에는 cancel-in-progress를 켜지 않는다

4

setup 액션의 내장 캐시 적용

복원 + 저장 시간이 다시 받는 시간보다 클 수 있다

5

잡 분리와 매트릭스로 병렬화

잡마다 준비 비용 10~30초를 다시 낸다

6

러너 사양과 운영체제 선택

비공개 저장소는 2코어, macOS는 Linux의 10배 단가

1번을 건너뛰고 2번부터 시작하면, 병목이 다른 곳에 있는 워크플로에서 헛수고를 하게 됩니다. 이 순서대로 제 저장소 다섯 곳에 적용하며 측정한 기록을 다음 글에 정리했습니다.

Call by value vs Call by reference

"primitive type은 call by value, 객체는 call by reference"라는 설명은 오해입니다. Java와 JavaScript는 객체를 전달할 때도 참조값의 복사본을 전달하는 call by value 방식만 씁니다. swap 예제와 그림으로 참조 재할당과 객체 상태 변경의 차이를 정리하고, 진짜 call by reference를 지원하는 언어와 비교합니다.

"primitive type은 call by value로, 객체는 call by reference로 전달된다"는 설명을 Java 개발자들 사이에서 종종 접합니다. 예전에 회사 소모임 세미나에서도 이 주제로 논의했던 적이 있습니다. 결론부터 말하면 Java에는 call by value만 있습니다. 객체를 전달할 때 복사되는 값이 '객체를 가리키는 참조값’일 뿐입니다. JavaScript도 같은 방식입니다. 이 글에서는 두 용어의 정의를 정리하고, Java와 JavaScript의 동작을 예제와 그림으로 설명합니다.

두 용어의 정의

Call by value (pass by value)는 인자로 넘긴 값의 복사본을 파라미터에 대입하는 방식입니다. 함수 안에서 파라미터에 다른 값을 대입해도 호출한 쪽의 변수는 영향을 받지 않습니다.

Call by reference (pass by reference)는 변수 자체를 전달하는 방식입니다. 파라미터는 호출한 쪽 변수의 별칭(alias)이 되므로, 함수 안에서 파라미터에 새 값을 대입하면 호출한 쪽의 변수도 함께 바뀝니다.

이 글처럼 call by value와 call by reference만 비교하고 대입 가능한 변수 인자를 전달한다고 가정하면, 두 방식을 구분하는 실용적인 기준은 한 문장으로 요약할 수 있습니다. 함수 안에서 파라미터에 새 값을 대입했을 때 호출한 쪽의 변수가 바뀌는가? 바뀌면 두 방식 중 call by reference이고, 바뀌지 않으면 call by value입니다.[1] 파라미터가 가리키는 객체의 내부 상태를 바꾸는 일은 이 기준과 다른 문제입니다. 뒤에서 다루겠지만 바로 여기서 오해가 생깁니다.

Java의 인자 전달 방식

swap 메서드의 실행 결과

아래 코드의 출력을 예상해 보면 Java의 전달 방식을 확인할 수 있습니다.

public class ReferenceTest {
    public static void main(String[] args) {
        String x1 = "Hello";
        String y1 = "World";
        swap(x1, y1);
        System.out.println(x1);

        int x2 = 1;
        int y2 = 2;
        swap(x2, y2);
        System.out.println(x2);
    }

    static void swap(Object x, Object y) {
        Object temp = x;
        x = y;
        y = temp;
    }
}

출력은 World, 2가 아니라 Hello1입니다.[2] swap 메서드 안에서 파라미터 xy에 서로의 값을 대입해도, 호출한 쪽의 x1, y1, x2, y2는 바뀌지 않습니다. 앞에서 정리한 기준대로라면 Java는 primitive type이든 객체든 call by value로 동작합니다.

파라미터 재할당이 호출자에게 보이지 않는 이유

객체를 전달하는 경우를 그림과 함께 들여다보겠습니다.

public class ReassignTest {
    public static void main(String[] args) {
        StringBuilder sb = new StringBuilder();
        sb.append("A1");

        work(sb);
        System.out.println(sb); // A1
    }

    static void work(StringBuilder sb) {
        sb = new StringBuilder();
        sb.append("B2");
    }
}

work(sb)를 호출하는 순간, main 메서드의 sb에 담긴 참조값이 복사되어 work 메서드의 파라미터 sb에 대입됩니다. 두 변수는 같은 객체를 가리키지만 서로 다른 변수입니다.

참조값이 복사된 뒤 파라미터만 새 객체를 가리키게 되는 과정

work 메서드 안에서 sb에 새 객체를 대입하면 파라미터 sb만 새 객체를 가리키게 되고, main 메서드의 sb는 원래 객체를 그대로 가리킵니다. 그래서 출력은 A1입니다.

오해의 근원인 객체 상태 변경

그런데 파라미터를 재할당하지 않고 파라미터가 가리키는 객체의 내부 상태를 바꾸면, 그 변경은 호출한 쪽에서도 보입니다.

static void appendWork(StringBuilder sb) {
    sb.append("B2");
}

main 메서드에서 "A1"이 담긴 sbappendWork(sb)를 호출한 뒤 출력하면 A1B2가 나옵니다.

두 변수가 같은 객체를 가리키므로 내부 상태 변경이 호출자에게도 보이는 상황

파라미터 재할당은 호출자에게 보이지 않는데 객체 상태 변경은 보이니, "객체는 call by reference로 전달된다"는 설명이 그럴듯하게 들립니다. 그러나 이 글에서 두 방식을 구분하는 실용적인 기준은 파라미터에 대입한 값이 호출자 변수에 반영되는가입니다. 객체 상태 변경이 보이는 것은 두 변수가 같은 객체를 가리키고 있기 때문일 뿐, 전달 방식은 여전히 참조값의 복사, 즉 call by value입니다.

Head First Java에서는 객체 참조를 리모컨에 비유해서 설명합니다. 객체를 전달하면 TV(객체)가 복사되는 것이 아니라 그 TV를 조작할 수 있는 리모컨(참조값)이 복사됩니다. 복사된 리모컨으로 채널을 바꾸면(객체 상태 변경) 원래 리모컨을 가진 사람에게도 바뀐 채널이 보이지만, 복사된 리모컨을 다른 TV에 연결해도(재할당) 원래 리모컨은 여전히 처음의 TV를 조작합니다.

Java의 reference와 용어의 혼란

Java의 reference는 객체를 식별하고 접근하는 값입니다. 포인터처럼 이해할 수 있습니다. 아래 Java 선언의 객체 접근과 재할당 동작은

Dog d = new Dog();
d.setName("Fifi");

C++ 포인터를 쓴 다음 코드와 비슷합니다.

Dog *d = new Dog();
d->setName("Fifi");

Java의 d는 객체 자체가 아니라 객체를 가리키는 값을 담고 있습니다. d를 다른 메서드의 인자로 넘기면 이 참조값이 복사되어 전달됩니다. 다만 위 C++ 코드는 객체 접근과 포인터 재할당을 설명하기 위한 비유이며, 객체의 수명 관리나 참조의 실제 표현까지 같다는 뜻은 아닙니다.

'포인터’는 Java Language Specification도 사용하는 표현입니다. 4.3.1. Objects 절은 참조값을 객체를 가리키는 포인터로 정의합니다.

The reference values (often just references) are pointers to these objects, and a special null reference, which refers to no object.

참조값(흔히 그냥 참조라고 부른다)은 이 객체들을 가리키는 포인터이고, 여기에 어떤 객체도 가리키지 않는 특별한 null 참조가 있다.

다만 이는 언어 수준의 의미를 설명하는 표현이지, 참조값이 원시 메모리 주소와 같은 형식이라고 보장하는 문장은 아닙니다. Java Virtual Machine Specification 2.7은 객체의 내부 구조를 특정하지 않으며, 일부 구현에서는 참조가 객체 데이터가 아니라 핸들을 가리킬 수도 있다고 설명합니다.

메서드 호출 시의 전달 방식은 8.4.1. Formal Parameters 절에 있습니다. 인자 표현식의 '값’이 새로 만들어진 파라미터 변수를 초기화한다고 설명할 뿐, 파라미터가 호출한 쪽 변수의 별칭이 된다는 언급은 없습니다.

When the method or constructor is invoked (§15.12), the values of the actual argument expressions initialize newly created parameter variables, each of the declared type, before execution of the body of the method or constructor.

메서드나 생성자를 호출하면(§15.12), 그 본문을 실행하기 전에 실제 인자 표현식의 값이 새로 만들어진 파라미터 변수를 초기화한다. 새로 만들어지는 파라미터 변수는 각각 선언된 타입을 따른다.

Java를 만든 James Gosling도 The Java Programming Language에서 이 오해를 직접 지적했습니다.

Some people will say incorrectly that objects are passed "by reference." …​ The Java programming language does not pass objects by reference; it passes object references by value.

어떤 사람들은 객체가 '참조로(by reference)' 전달된다고 잘못 말한다. …​ Java 프로그래밍 언어는 객체를 참조로 전달하지 않는다. 객체의 참조를 값으로 전달한다.

최신 공식 Java 학습 자료인 Dev.java에서도 같은 내용을 설명합니다.

Reference data type parameters, such as objects, are also passed into methods by value. …​ when the method returns, the passed-in reference still references the same object as before.

객체 같은 참조 데이터 타입 파라미터도 메서드에 값으로 전달된다. …​ 메서드가 반환될 때 전달된 참조는 여전히 이전과 같은 객체를 참조한다.

이러한 혼란은 'reference’라는 용어에서 비롯된 것으로 보입니다. Java에서 객체를 가리키는 값을 'reference’라고 부르는데, 이 단어가 'call by reference’의 reference와 겹치면서 오해가 생겼습니다. 더 정확하게 표현하면 Java는 객체를 가리키는 참조값을 call by value로 전달합니다.

JavaScript의 인자 전달 방식

JavaScript도 Java와 같은 방식으로 동작합니다. 먼저 swap 예제입니다.

function swap(x, y) {
  const temp = x;
  x = y;
  y = temp;
}

let x1 = "Hello";
let y1 = "World";
swap(x1, y1);
console.log(x1); // Hello

객체를 전달할 때도 재할당과 상태 변경의 결과가 Java와 똑같이 나뉩니다.

function reassign(dog) {
  dog = { name: "Rex" };
}

function rename(dog) {
  dog.name = "Rex";
}

const dog = { name: "Fifi" };

reassign(dog);
console.log(dog.name); // Fifi

rename(dog);
console.log(dog.name); // Rex

reassign 함수 안에서 파라미터 dog에 새 객체를 대입해도 호출한 쪽의 dog는 바뀌지 않습니다. 반면 rename 함수처럼 파라미터가 가리키는 객체의 프로퍼티를 바꾸면 호출한 쪽에서도 보입니다. 앞의 두 그림에서 StringBuilder 객체를 객체 리터럴로 바꾸면 JavaScript의 동작을 설명하는 그림이 됩니다.

ECMAScript 사양도 이 동작을 호출자 변수의 별칭이 아니라 값과 별도의 파라미터 바인딩으로 기술합니다. ArgumentListEvaluation은 인자 표현식에서 GetValue로 값을 얻어 ECMAScript 언어 값 목록을 만들고, FunctionDeclarationInstantiation은 그 목록으로 새 함수 실행 환경의 파라미터 바인딩을 초기화합니다.

ECMAScript 사양에서는 Java와 달리 객체에 접근하는 값을 'reference value’라고 부르지 않고 Object 자체를 ECMAScript 언어 값으로 다룹니다. 따라서 이 글의 '참조값 복사’는 관찰되는 동작을 설명하기 위한 모델로 이해하는 편이 정확합니다.

JavaScript: The Definitive Guide의 call by reference 서술

JavaScript를 call by reference로 설명하는 자료도 있습니다. David Flanagan이 쓰고 오랫동안 JavaScript의 표준적인 책으로 꼽혀온 JavaScript: The Definitive Guide 4판은 'By Value Versus by Reference' 장의 요약 표에서 객체가 by reference로 복사·전달·비교된다고 정리합니다. 이 요약 표만 보면 JavaScript는 call by reference라고 설명해도 될 것처럼 보입니다.

그런데 같은 장의 동작 설명을 읽어 보면, 이 책이 말하는 by reference는 이 글의 앞부분에서 정의한 call by reference와 다른 의미입니다. '객체 값 전체가 복사되는 대신 객체를 가리키는 참조가 전달된다’는 의미로 쓴 표현이고, 파라미터를 재할당해도 호출한 쪽에 보이지 않는다는 점은 이 책도 똑같이 설명합니다.

A function can use the reference to modify properties of the object or elements of the array. But if the function overwrites the reference with a reference to a new object or array, that modification is not visible outside of the function.

함수는 그 참조로 객체의 프로퍼티나 배열의 원소를 수정할 수 있다. 그러나 함수가 그 참조를 새 객체나 새 배열의 참조로 덮어쓰면, 그 변경은 함수 밖에서 보이지 않는다.

참조 자체는 값으로 전달된다("References themselves are passed by value")는 설명도 함께 나옵니다. 결국 관찰되는 동작을 설명하는 내용은 이 글과 같고, 무엇이 전달된다고 부를지에서 용어 선택만 다릅니다.

Call by sharing이라는 용어

이처럼 호출자 변수 자체가 아니라 객체를 공유하는 인자 전달 동작을 call by sharing이라고 부르기도 합니다. Barbara Liskov를 비롯한 설계팀이 1970년대 중반에 만든 언어인 CLU의 설계 문서에서 쓴 용어입니다. Java, JavaScript, Python, Ruby의 객체 인자 동작을 이 개념으로 설명할 수 있습니다.

Call by value라고 하면 '객체가 통째로 복사된다’는 오해를, call by reference라고 하면 '재할당도 호출한 쪽에 보인다’는 오해를 낳을 수 있습니다. 그래서 저는 JavaScript도 두 용어 중 하나를 고르기보다 call by sharing이라는 개념으로 설명하는 편이 더 명확하다고 생각합니다.

Call by reference를 지원하는 언어

진짜 call by reference가 어떤 것인지는 C++의 참조 파라미터와 비교하면 분명해집니다.

void swap(int& x, int& y) {
    int temp = x;
    x = y;
    y = temp;
}

int a = 1;
int b = 2;
swap(a, b); // a == 2, b == 1

파라미터를 int& 타입으로 선언하면 x는 호출한 쪽 변수 a의 별칭이 됩니다. 함수 안의 대입이 호출한 쪽 변수를 실제로 바꿉니다. C#의 ref, out 키워드도 같은 성격의 기능입니다. Java와 JavaScript에는 이런 문법 자체가 없습니다.

Java 이후에 등장한 Go와 Rust도 일반 함수 호출에서 호출자 변수 자체를 파라미터의 암묵적인 별칭으로 만들지 않습니다. Go 사양은 호출 전에 인자를 평가하고 새로 할당한 파라미터 저장 공간에 그 값을 대입한다고 설명합니다. Rust Book은 함수 인자 전달이 대입과 마찬가지로 타입에 따라 값을 이동하거나 복사한다고 설명합니다.

호출한 쪽의 값을 바꾸려면 swap(&a, &b), swap(&mut a, &mut b)처럼 포인터나 참조를 호출 지점에 명시할 수 있습니다. Go에서는 포인터 값이 파라미터에 대입됩니다. Rust에서는 값이 타입과 문맥에 따라 이동하거나 복사되며, 특히 `&mut T`는 `Copy`가 아닙니다. 기존 가변 참조를 인자로 넘기는 문맥에서는 재대여(reborrow)가 일어날 수도 있습니다. 어느 경우에도 파라미터 자체를 재할당해서 호출자의 변수 바인딩을 바꾸는 전통적인 call by reference는 아닙니다.

정리

  • Java와 JavaScript는 인자 값으로 별도의 파라미터 변수 또는 바인딩을 초기화합니다. 호출자 변수 자체가 파라미터의 별칭이 되는 call by reference를 지원하지 않습니다.

  • 객체를 전달하면 객체가 복제되는 것도, 호출자의 변수 자체가 전달되는 것도 아닙니다. Java에서는 객체를 가리키는 참조값이, JavaScript에서는 Object 값이 별도의 파라미터에 전달되며 호출자와 피호출자가 같은 객체를 관찰할 수 있습니다.

  • 함수 안에서 파라미터를 재할당해도 호출한 쪽의 변수는 바뀌지 않습니다. 반면 파라미터가 가리키는 객체의 내부 상태를 바꾸면 호출한 쪽에서도 보입니다. 이 차이가 "객체는 call by reference"라는 오해의 근원입니다.

  • 객체를 공유하는 이 동작을 call by sharing이라고 부르기도 합니다. 오래된 일부 자료는 객체를 공유하는 동작을 by reference라고 표현하지만, 호출자 변수의 별칭을 전달한다는 의미의 call by reference와는 구분해야 합니다.


1. Call by copy-restore나 call by name 등 다른 평가 전략까지 포함하면 이 질문만으로 모든 인자 전달 방식을 분류할 수는 없습니다.
2. swap(x2, y2)에서는 파라미터가 Object 타입이라 int 값이 Integer 객체로 오토박싱되어 전달됩니다. 그래도 호출한 쪽의 변수가 바뀌지 않는다는 결과는 같습니다.

Java 문자열 더하기 연산의 최적화

String을 +로 더하는 코드가 javac과 JDK 런타임에서 버전에 따라 어떻게 최적화되는지 정리합니다. JDK 1.4의 StringBuffer 치환, JDK 5의 StringBuilder 치환, JDK 9의 invokedynamic 도입, JDK 15의 대안 전략 제거, JDK 24의 hidden class 기반 구현까지의 변화를 JDK 25에서 확인한 바이트코드와 함께 설명합니다.

String+ 연산자로 더하는 코드는 컴파일러와 JVM이 최적화합니다. JDK의 javac은 JDK 1.4까지 StringBuffer를 쓰는 코드로, JDK 5부터 JDK 8까지는 StringBuilder를 쓰는 코드로 컴파일 시점에 변환했습니다. JDK 9부터는 기본적으로 invokedynamic 명령을 만들고, 실제 결합 코드는 실행 시점에 링크합니다. 어떤 경우에 자동으로 최적화되는지 알고 있으면 문자열 결합 코드를 더 융통성 있게 쓸 수 있습니다.

Java 언어 명세는 문자열 결합의 결과와 평가 순서를 규정하지만, 구체적인 구현 방식은 컴파일러의 재량에 맡깁니다. 따라서 이 글의 버전 구분은 JDK javac의 기본 바이트코드와 OpenJDK 런타임 구현을 기준으로 합니다. [1]

컴파일 타임 상수식의 결합

문자열 타입의 컴파일 타임 상수식은 컴파일 시점에 평가되어 하나의 문자열이 되고, 이 문자열은 String.intern()을 거친 것처럼 문자열 풀에 등록되어 공유됩니다. String.intern()은 같은 내용에 대한 문자열 풀(string pool)의 canonical reference(대표 참조)를 반환합니다. 내용이 같은 String 인스턴스가 힙에 여러 개 있어도 문자열 풀에는 내용별로 대표 인스턴스가 하나만 등록되는데, canonical reference는 그 대표 인스턴스를 가리키는 참조입니다. 그래서 내용이 같은 문자열을 intern하면 동일한 인스턴스를 참조하게 됩니다. 이는 힙에 존재하는 내용이 같은 모든 String 객체가 자동으로 문자열 풀에 합쳐진다는 뜻은 아닙니다. 문자열 리터럴뿐 아니라 primitive 리터럴과 상수 변수도 이런 상수식에 포함될 수 있습니다. [2] 예를 들어 아래의 두 선언은 같은 코드로 컴파일됩니다.

String str1 = "It's" + " a string" + "....";
String str2 = "It's a string....";

이 규칙은 이 글에서 다루는 모든 JDK 버전에서 같습니다. 뒤에서 소개할 JDK 25의 바이트코드에서도 두 변수가 상수 풀의 같은 항목(ldc #7)을 읽는 것을 확인할 수 있습니다. 두 변수는 문자열 풀의 같은 인스턴스를 참조하므로 equals() 메서드뿐 아니라 str1 == str2 비교도 true가 됩니다. 반면 비상수 결합식의 결과는 새 String으로 만들어지고 자동으로 intern되지 않으므로, 내용이 같은 리터럴이나 별도로 만들어진 문자열과 ==로 비교하면 false가 됩니다.

변수가 섞인 결합의 StringBuffer·StringBuilder 치환

상수와 String 변수를 섞어서 더하는 연산을 JDK 8까지의 javac으로 컴파일하면 StringBufferStringBuilderappend(), toString() 메서드를 호출하는 코드로 변환됩니다. JDK 1.4의 javacStringBuffer를 사용하는 방식이었습니다. 같은 시기의 Java ME 문서인 CLDC 1.1의 StringBuffer javadoc에는 당시 컴파일러의 변환 방식이 아래와 같이 설명되어 있습니다.

String buffers are used by the compiler to implement the binary string concatenation operator. For example, the code: x = "a" + 4 + "c" is compiled to the equivalent of: x = new StringBuffer().append("a").append(4).append("c").toString() which creates a new string buffer (initially empty), appends the string representation of each operand to the string buffer in turn, and then converts the contents of the string buffer to a string. Overall, this avoids creating many temporary strings.

JDK 5부터 JDK 8까지의 javacStringBuffer 대신, 동기화를 하지 않아서 단일 스레드에서 일반적으로 더 빠른 StringBuilder로 변환합니다. 이를 바이트코드나 역컴파일 결과로 확인할 수 있습니다. 원래의 소스가 아래와 같을 때

String str0 = "It's a string....";
String str1 = "It's" + " a string" + "....";
String str2 = "It's a string...." + str0 + "000";
str2 = str0 + str1 + "1111" ;
str2 = str2 + "1111";
str2 += "1111";
for (int i=0;i<10;i++){
    str2 = str2 + "1111";
    str2 += "1111";
}

JDK 5 이상 JDK 8 이하의 javac으로 컴파일한 후 역컴파일하면 다음과 같은 결과가 나옵니다.

String str0 = "It's a string....";
String str1 = "It's a string....";
String str2 = (new StringBuilder("It's a string....")).append(str0).append("000").toString();
str2 = (new StringBuilder(String.valueOf(str0))).append(str1).append("1111").toString();
str2 = (new StringBuilder(String.valueOf(str2))).append("1111").toString();
str2 = (new StringBuilder(String.valueOf(str2))).append("1111").toString();
for(int i = 0; i < 10; i++) {
    str2 = (new StringBuilder(String.valueOf(str2))).append("1111").toString();
    str2 = (new StringBuilder(String.valueOf(str2))).append("1111").toString();
}
Note

역컴파일 도구의 옵션에 따라서는 원래의 소스와 비슷하게 복원해서 + 연산이 그대로 보일 수도 있습니다. cfr이라는 디컴파일러가 그런 경우입니다. javap -c 명령으로 바이트코드를 확인하는 것이 정확합니다.

반복문 안에서 누적하는 문자열 결합

위의 역컴파일 결과에서 주목할 부분은 반복문입니다. 바이트코드에는 반복 주기마다 새로운 StringBuilder를 만들고, toString()을 호출해서 다음 반복에 넘길 String을 만드는 코드가 들어 있습니다. HotSpot JIT가 이 임시 StringBuilder의 실제 힙 할당을 제거할 수 있으므로, 바이트코드의 new 횟수가 항상 실제 객체 할당 횟수와 같지는 않습니다. 그러나 매번 더 길어진 이전 결과를 새 결과에 복사해야 한다는 문제는 남습니다.

따라서 성능이 중요한 반복문에서 문자열을 많이 누적할 때는 + 대신 하나의 StringBuilder를 직접 쓰는 편이 좋습니다. 고정된 길이의 문자열을 반복해서 붙인다면 + 방식의 누적 복사량은 반복 횟수에 대해 제곱으로 증가하지만, StringBuilder는 내부 버퍼를 재사용합니다. 반복 횟수가 작다면 가독성과 실제 측정 결과를 함께 고려할 수 있습니다. [3]

StringBuilder sb = new StringBuilder(str2);
for (int i = 0; i < 10; i++) {
    sb.append("1111");
}
str2 = sb.toString();

두 방식의 차이를 JDK 25(Temurin 25+36)에서 간단히 측정해 보았습니다. 4글자 문자열을 n회 누적하는 코드를 JIT 워밍업 후 여러 번 실행해서 가장 짧은 시간을 기록한 결과입니다. 측정에 쓴 코드는 examples/string-concat에 있습니다. [4]

반복 횟수 + 결합 StringBuilder 직접 사용 배율

100

0.008ms

0.001ms

약 10배

1,000

0.53ms

0.009ms

약 56배

10,000

10.6ms

0.023ms

약 471배

100,000

1,485ms

0.22ms

약 6,667배

반복 횟수가 늘수록 + 결합 시간은 급격히 증가합니다. 측정값은 JIT와 GC의 영향을 받지만, 누적 복사량이 반복 횟수에 대해 제곱으로 증가한다는 앞의 설명과 일치하는 경향을 보입니다. 반복 횟수가 100회 정도라면 어느 방식이든 절대 시간은 무시할 만한 수준입니다.

JDK 9부터 적용된 invokedynamic 방식

JDK 9부터는 JEP 280: Indify String Concatenation으로 javac의 기본 변환 방식이 완전히 달라졌습니다. 컴파일러가 StringBuilder 호출 코드를 만들어 넣는 대신 invokedynamic 호출 지점을 남기고, 실제 결합 메서드는 실행 시점에 연결합니다.

invokedynamic의 동작 구조

invokedynamic은 호출할 메서드를 실행 시점에 결정하는 바이트코드 명령입니다. invokevirtual이나 invokestatic 같은 다른 호출 명령은 호출 대상이 클래스 파일에 고정되어 있지만, invokedynamic은 호출 지점(call site)을 어떤 메서드에 연결할지를 실행 시점의 Java 코드에 위임합니다. JVM에서 동적 언어를 지원하기 위해 JSR 292로 JDK 7에 추가되었고, JDK 8의 람다 표현식 구현에도 쓰입니다.

이 연결을 담당하는 코드가 bootstrap 메서드입니다. 클래스 파일에는 invokedynamic 호출 지점마다 사용할 bootstrap 메서드가 기록됩니다. JVM은 호출 지점을 처음 실행하기 전에 bootstrap 메서드를 호출해 링크하고, bootstrap 메서드는 실제 실행할 메서드를 가리키는 CallSite를 만들어 반환합니다. 여러 스레드가 같은 호출 지점을 동시에 최초 실행하면 bootstrap 메서드가 병행 호출될 수 있지만, JVM은 그중 하나의 결과만 호출 지점에 설치합니다. 문자열 결합에서는 StringConcatFactory.makeConcatWithConstants()가 bootstrap 메서드이고, 이 메서드가 결합 코드를 만들어 CallSite에 담아 돌려줍니다.

MethodHandlejava.lang.invoke 패키지에 있는, 실행할 대상을 가리키는 참조입니다. 메서드뿐 아니라 생성자 호출이나 필드 접근도 가리킬 수 있고, 인수와 반환 타입을 나타내는 MethodType을 가집니다. 리플렉션의 Method와 쓰임새는 비슷하지만, 접근 권한을 MethodHandle을 만드는 시점에 한 번만 확인하고 invokeExact() 같은 메서드로 바로 호출한다는 점이 다릅니다. 또한 MethodHandles.filterArguments()`나 `MethodHandles.foldArguments() 같은 메서드로 여러 MethodHandle을 엮어 새로운 MethodHandle을 만들 수 있습니다. 뒤에서 볼 문자열 결합 전략 중 일부가 이 조합 기능으로 결합 코드를 구성합니다.

CallSite는 같은 패키지의 객체로, 실행할 메서드를 가리키는 MethodHandle 하나를 target이라는 속성으로 참조합니다. CallSite.getTarget() 메서드가 현재 target인 MethodHandle을 돌려줍니다. JVM은 bootstrap 메서드가 반환한 CallSite를 호출 지점에 연결해 두는데, 이를 링크라고 합니다. 링크된 뒤의 invokedynamic 실행은 그 시점의 target MethodHandle을 호출하는 것과 같습니다. MutableCallSite처럼 실행 중에 target을 다른 MethodHandle로 바꿀 수 있는 구현도 있지만, 문자열 결합에는 target이 바뀌지 않는 ConstantCallSite가 쓰입니다. 그래서 한 번 링크된 뒤에는 일반 메서드 호출처럼 동작하고 JIT 컴파일러의 인라인 최적화 대상도 됩니다.

JDK 25에서 확인한 invokedynamic 바이트코드

JDK 25에서 아래의 소스를 컴파일해서 확인해 보았습니다.

StringTest.java의 인스턴스 메서드 본문
String str0 = "It's a string....";
String str1 = "It's" + " a string" + "....";
String str2 = str0 + str1 + "1111";
for (int i = 0; i < 10; i++) {
    str2 = str2 + "1111";
}

javap -c StringTest 명령으로 바이트코드를 보면 StringBuilder 호출 대신 invokedynamic 명령이 나옵니다.

javap -c StringTest 출력 중 해당 메서드 (JDK 25로 컴파일)
 0: ldc           #7    // String It's a string....
 2: astore_1
 3: ldc           #7    // String It's a string....
 5: astore_2
 6: aload_1
 7: aload_2
 8: invokedynamic #9,  0  // InvokeDynamic #0:makeConcatWithConstants:(Ljava/lang/String;Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String;
13: astore_3
14: iconst_0
15: istore        4
17: iload         4
19: bipush        10
21: if_icmpge     37
24: aload_3
25: invokedynamic #13,  0 // InvokeDynamic #1:makeConcatWithConstants:(Ljava/lang/String;)Ljava/lang/String;
30: astore_3
31: iinc          4, 1
34: goto          17
37: return

같은 소스를 javac --release 8 옵션으로 컴파일하면 앞 절에서 역컴파일로 보았던 것과 같은 StringBuilder 호출 코드가 나옵니다.

이 방식의 장점은 결합 전략이 컴파일된 클래스 파일이 아니라 JDK 런타임에 있다는 점입니다. 한 번 컴파일한 클래스도 실행하는 JDK를 올리면, 같은 호출 지점과 recipe에 대해 새 런타임의 결합 전략을 재컴파일 없이 적용받을 수 있습니다. 자세한 배경은 JDK 9/JEP 280: String Concatenations Will Never Be the Same에 설명되어 있습니다.

StringConcatFactory 결합 전략의 변화

JDK 9의 StringConcatFactory에는 6가지 결합 전략이 있었고, java.lang.invoke.stringConcat 시스템 프로퍼티로 선택할 수 있었습니다. 전략 이름에서 BC는 실행 시점의 바이트코드 생성을, MHMethodHandle 조합을, SBStringBuilder 사용을, SIZED는 버퍼 초기 용량 추정을, SIZED_EXACT는 정확한 용량 계산을 뜻합니다.

전략 설명

BC_SB

StringBuilder를 호출하는 바이트코드를 가진 클래스를 실행 시점에 생성합니다. JDK 8까지의 javac이 컴파일 시점에 만들던 코드와 같은 형태입니다.

BC_SB_SIZED

BC_SB와 같지만 StringBuilder의 초기 용량을 추정값으로 지정해서 내부 버퍼의 확장을 줄입니다.

BC_SB_SIZED_EXACT

인수들의 길이를 미리 계산해서 StringBuilder의 초기 용량을 정확한 값으로 지정합니다.

MH_SB_SIZED

바이트코드 생성 대신 MethodHandle 조합으로 StringBuilder 호출을 구성합니다. 초기 용량은 추정값입니다.

MH_SB_SIZED_EXACT

MH_SB_SIZED와 같은 방식이지만 초기 용량을 정확하게 계산합니다.

MH_INLINE_SIZED_EXACT

기본 전략입니다. StringBuilder를 거치지 않고 최종 길이의 byte 배열을 직접 만들어 인수들을 그 배열에 바로 씁니다.

기본 전략인 MH_INLINE_SIZED_EXACT는 다 채운 byte 배열로 추가 복사 없이 String을 생성하므로, 임시 객체와 복사가 가장 적습니다. StringConcatFactory.javagenerateMHInlineCopy() 메서드가 그 구현입니다. 두 참조 값을 더하는 단순한 형태에는 StringConcatHelper.javasimpleConcat() 같은 특수 경로도 사용됩니다.

기본 전략 외의 나머지 5가지 선택 전략과 java.lang.invoke.stringConcat 프로퍼티는 JDK-8245455로 JDK 15에서 제거되었습니다. 이 글에서는 simpleConcat() 같은 특수한 형태 전용의 빠른 경로를 제외하고, 대부분의 결합이 기본으로 타는 경로를 일반 결합 경로라고 부르겠습니다. JDK 15부터 JDK 22까지의 일반 결합 경로는 MH_INLINE_SIZED_EXACT에서 이어진 inline-copy MethodHandle 방식입니다. 여러 MethodHandle을 조합해서, 정확한 최종 길이의 byte 배열을 만들고 각 인수를 중간 버퍼 없이 그 배열에 바로 복사해 넣는(inline copy) 결합 메서드를 구성합니다.

JDK 23에서는 JDK-8327247로 인수 개수가 기본 임계값 20을 넘는 결합에 StringBuilder 호출 바이트코드를 생성하는 경로가 추가되었습니다. 큰 MethodHandle 표현식 트리가 JIT 컴파일 자원을 과도하게 쓰는 문제를 피하기 위한 변경입니다.

JDK 24에서는 JDK-8336856으로 주된 일반 결합 경로가 인수 형태(shape)별 hidden class를 생성하는 방식으로 다시 바뀌었습니다.

hidden class는 JEP 371: Hidden Classes로 JDK 15에 추가된 특수한 클래스입니다. Lookup.defineHiddenClass() 메서드로 정의하며, 클래스 이름으로 찾을 수 없고 참조가 사라지면 개별적으로 언로드될 수 있어서, 프레임워크나 JDK가 실행 시점에 만들어 내는 코드에 적합합니다. JDK 25 구현에서 hidden class 캐시의 키가 되는 인수 형태는 동적 인수의 개수와 정규화된 타입으로 이루어진 MethodType입니다. 참조 타입은 Object로, byteshortint로 정규화됩니다. 상수의 내용과 배치는 캐시 키에 포함되지 않고 호출 지점마다 별도의 String[]에 저장됩니다. 따라서 앞의 바이트코드에서 str0 + str1 + "1111"의 호출 지점은 (String, String) → String 시그니처를 가지지만 캐시에서는 (Object, Object) → String 형태를 사용하고, 반복문 안 str2 + "1111"의 호출 지점은 (Object) → String 형태를 사용하므로 서로 다른 형태입니다. 인수 형태별 hidden class 방식은 생성한 결합 클래스를 캐시에 두고 같은 형태의 다른 호출 지점에서 재사용할 수 있습니다. 캐시는 soft reference를 사용하므로 캐시된 클래스가 회수되면 같은 형태의 클래스를 다시 만들 수도 있습니다. 깊게 중첩된 MethodHandle 트리 대신 JIT 컴파일러가 다루기 쉬운 평범한 바이트코드가 만들어지므로, 링크와 초기 구동(warmup) 비용이 줄어듭니다.

JDK 25의 StringConcatFactory는 먼저 단순 결합용 빠른 경로를 확인하고, 그 밖의 결합은 기본적으로 InlineHiddenClassStrategy로 처리합니다. 이 전략은 동적 인수가 하나인 경우 미리 구현된 전용 핸들러를 사용하고, 그 밖의 일반적인 결합에는 인수 형태별 hidden class를 사용합니다. 결합 코드는 최종 크기의 byte 배열을 채우고 그 배열로 String을 만듭니다. JDK 25의 StringConcatFactory.java에서 이를 확인할 수 있습니다.

한편 위의 바이트코드에서 보듯이 반복문 안의 invokedynamic 명령은 반복 주기마다 이미 링크된 결합 메서드를 호출하여 새로운 결과 String을 만듭니다. StringConcatFactory의 bootstrap 메서드가 매번 다시 실행되는 것은 아닙니다. 컴파일러나 런타임이 누적용 StringBuilder 하나를 반복문 밖에 만들어 주지는 않으므로, 많은 문자열을 누적하는 반복문에서 직접 StringBuilder를 쓰라는 결론은 JDK 9 이후에도 같습니다.

정리

JDK 버전 + 결합 연산의 처리 방식

JDK 1.4까지

javac이 컴파일 시점에 StringBufferappend(), toString() 호출로 변환

JDK 5 ~ 8

javac이 컴파일 시점에 동기화를 하지 않는 StringBuilder 호출로 변환

JDK 9 ~ 14

javacinvokedynamic 호출 지점을 생성. 첫 링크 시 StringConcatFactory가 결합 메서드를 연결하며 6가지 전략 중 선택 가능

JDK 15 ~ 22

대안 전략을 제거하고 inline-copy MethodHandle 방식을 일반 결합 경로로 사용

JDK 23

인수가 많은 결합에는 StringBuilder 호출 바이트코드를 생성하는 경로 사용

JDK 24 ~ 25

단순 결합용 빠른 경로, 단일 인수 전용 구현과 정규화된 인수 형태별 hidden class 기반의 일반 결합 경로 사용

문자열 타입의 컴파일 타임 상수식이 하나의 상수로 합쳐지는 동작은 모든 버전에서 같습니다. 반복문 밖에서 문자열 한두 개를 더하는 코드는 javac과 JDK 런타임이 최적화할 수 있으므로 가독성이 좋은 + 연산을 그대로 쓰면 됩니다. 반면 컴파일러나 런타임이 반복문을 누적용 StringBuilder 하나로 자동 변환하지는 않습니다. 성능이 중요한 반복문에서 많은 문자열을 누적한다면 StringBuilder를 직접 쓰는 편이 좋습니다.


1. JLS 15.18.1은 컴파일러가 StringBuffer나 그와 비슷한 기법을 사용할 수 있다고 설명합니다.
2. 컴파일 타임 상수식의 정확한 범위는 JLS 15.29를 참고합니다.
3. 성능 테스트 사례는 String concatenation with Java 8을 참고합니다.
4. JMH를 쓰지 않은 System.nanoTime() 기반의 단순 측정이라 미세한 수치는 부정확할 수 있지만, 수백 배 이상의 차이라 결론에는 영향이 없습니다.