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title: [[bitECS와 SharedArrayBuffer를 결합한 멀티스레드 고성능 아키텍처|bitECS와 SharedArrayBuffer를 결합한 멀티스레드 고성능 아키텍처]]
last_updated: 2026-05-02
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# [[bitECS와 SharedArrayBuffer를 결합한 멀티스레드 고성능 아키텍처|bitECS와 SharedArrayBuffer를 결합한 멀티스레드 고성능 아키텍처]]

## 📌 Brief Summary
> `bitECS`의 데이터 지향 설계(SoA) 구조와 `SharedArrayBuffer`의 무복사(Zero-Copy) 메모리 공유 기능을 결합하여, 메인 스레드의 렌더링 블로킹 없이 웹 워커에서 수만 개의 엔티티를 병렬 연산하고 실시간으로 동기화하는 초고성능 웹 게임 엔진 아키텍처입니다.

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> `bitECS`의 데이터 지향 컴포넌트(SoA) 구조에 기본 자바스크립트 배열 대신 `SharedArrayBuffer` 기반의 `[[TypedArray|TypedArray]](Float32Array 등)`를 매핑하여, 멀티스레드 환경에서 복사 오버헤드 없이 실시간으로 데이터를 읽고 쓰는 구현 방식입니다.

## 📖 Core Content
**1. bitECS의 데이터 지향 설계 (Structure of Arrays, SoA)** `bitECS`는 기존의 객체 지향(AoS) 방식 대신, 컴포넌트 데이터를 `Float32Array`와 같은 `[[TypedArray|TypedArray]]` 기반의 연속된 배열 구조(SoA)로 저장하는 ECS(Entity ComponentSystem) 라이브러리입니다. 이 구조는 CPU 캐시 적중률을 극대화하여 수천, 수만 개의 엔티티 상태(예: 위치, 속도)를 밀리초 단위로 연산할 수 있게 합니다.

**2. SharedArrayBuffer를 통한 Zero-Copy 메모리 공유** `bitECS`가 내부적으로 사용하는 `TypedArray`의 기반 메모리를 `SharedArrayBuffer`로 할당할 수 있습니다. 생성된 버퍼를 웹 워커(Web Worker)로 전달하면 메인 스레드와 워커 스레드가 완전히 동일한 메모리 주소를 공유하게 됩니다. 이를 통해 매 프레임마다 직렬화 및 역직렬화(`postMessage`) 오버헤드 없이 스레드 간 데이터 통신이 가능해집니다.

**3. 스레드 역할의 엄격한 분리 (단방향 데이터 흐름)** 동시성 문제(Data Race)를 해결하기 위해 스레드 간의 읽기/쓰기 역할을 아키텍처 수준에서 분리합니다.

- **워커 스레드 (Write 전담):** 물리 엔진 연산, 충돌 처리, AI 이동 로직 등의 `bitECS` 시스템(System)이 독립적인 백그라운드 루프(예: 60Hz)에서 실행되며, 공유 버퍼의 데이터를 업데이트합니다.
- **메인 스레드 (Read 전담):** `React Three Fiber(R3F)`의 `useFrame` 렌더링 루프 내에서, 공유 메모리의 `bitECS` 컴포넌트 값(예: `Position.x[eid]`)을 그대로 읽어와 Three.js 메시(Mesh) 인스턴스 참조(ref)에 반영하여 화면에 렌더링합니다.

**4. 렌더링과 시뮬레이션의 디커플링 이점** 이 아키텍처를 적용하면 무거운 물리 연산이 React의 가상 DOM 재조정([[Reconciliation|Reconciliation]])이나 메인 스레드를 블로킹하지 않습니다. 또한 매 프레임 객체를 새로 생성하지 않고 배열의 값만 변경하므로, 가비지 컬렉션(GC) 스파이크로 인한 프레임 드랍을 원천적으로 방지할 수 있습니다.

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**1. 데이터 구조의 기반: TypedArray와 SoA(Structure of Arrays)** `bitECS`는 엔티티의 컴포넌트 데이터를 메모리 상에 연속적으로 배치하기 위해 내부적으로 `Float32Array`와 같은 타입화된 배열(TypedArray)을 사용합니다. 이러한 SoA 방식은 CPU 캐시 효율을 극대화하여 고성능 연산을 가능하게 합니다.

**2. SharedArrayBuffer를 이용한 메모리 공유 연결** 일반적인 `TypedArray`는 단일 스레드 메모리에 종속되지만, 그 기반 메모리를 `SharedArrayBuffer`로 할당하면 스레드 간 공유가 가능해집니다. `bitECS` 컴포넌트 객체를 선언할 때, 이 공유 버퍼를 참조하는 뷰(View) 배열을 할당하는 방식으로 두 기술을 연결할 수 있습니다.

**3. 실제 통합 코드 예시** 제공된 `bitECS` API 구조에 `SharedArrayBuffer` 개념을 결합한 실제 연결 예시입니다.

```
import { createWorld, addEntity, addComponent } from 'bitecs';

// 1. SharedArrayBuffer로 공유 메모리 할당 (예: 10만 개 엔티티용, Float32는 4바이트)
const MAX_ENTITIES = 100000;
const bufferX = new SharedArrayBuffer(MAX_ENTITIES * 4);
const bufferY = new SharedArrayBuffer(MAX_ENTITIES * 4);

// 2. 공유 메모리를 바라보는 TypedArray 뷰 생성
const sharedVelocityX = new Float32Array(bufferX);
const sharedVelocityY = new Float32Array(bufferY);

// 3. bitECS 월드 생성 시 공유 배열을 컴포넌트 데이터로 매핑
const world = createWorld({
  components: {
    Velocity: {
      x: sharedVelocityX,
      y: sharedVelocityY
    }
  },
  time: { delta: 0, elapsed: 0, then: performance.now() }
});

const { Velocity } = world.components;

// 4. 엔티티 생성 및 데이터 쓰기 (이 데이터는 공유 메모리에 직접 기록됨)
const eid = addEntity(world);
addComponent(world, eid, Velocity);

Velocity.x[eid] = 1.23; // 공유 메모리의 0번 인덱스에 데이터 쓰기
Velocity.y[eid] = 1.23;

// 5. 웹 워커로 공유 버퍼 전송 (직렬화 오버헤드 없이 메모리 주소만 공유)
// worker.postMessage({ bufferX, bufferY });
```

**4. 스레드 간 데이터 동기화 원리** 위와 같이 구성한 후 `bufferX`, `bufferY`를 웹 워커로 전달하면 메인 스레드와 워커 스레드는 완벽하게 동일한 메모리를 공유하게 됩니다. 워커 스레드에서 물리 연산을 통해 배열의 `x, y` 인덱스 값을 업데이트하면, 메인 스레드는 `postMessage`로 매번 데이터를 넘겨받을 필요 없이 `bitECS`의 `Velocity.x[eid]`를 통해 즉시 렌더링에 반영할 수 있습니다.

## ⚖️ Trade-offs & Caveats
- **과거 데이터와의 충돌:** 자동화 엔진에 의해 매핑된 지식으로, 추후 정밀 검증 필요.
- **정책 변화:** Programming & Language 분야의 자동 자산화 수행.

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- **과거 데이터와의 충돌:** 자동화 엔진에 의해 매핑된 지식으로, 추후 정밀 검증 필요.
- **정책 변화:** Programming & Language 분야의 자동 자산화 수행.

## 🔗 Knowledge Connections
- **Related Topics:** Data-Oriented Design (DOD), Structure of Arrays (SoA), Web Worker 멀티스레딩, [[React Three Fiber (R3F)|React Three Fiber (R3F]] 최적화, 메모리 파편화 방지 및 객체 풀링
- **Projects/Contexts:** 브라우저 기반 AAA급 멀티스레드 3D 게임, 수만 개의 엔티티가 존재하는 실시간 물리 시뮬레이션
- **Contradictions/Notes:** 원시 이진 데이터인 `SharedArrayBuffer`를 직접 다루는 것은 로우 레벨 개발 지식이 필요해 매우 까다롭습니다. 하지만 `bitECS`를 프록시 구조로 활용하면, 개발자는 익숙한 자바스크립트 배열이나 객체를 다루는 듯한 편의성을 누리면서도 내부적으로는 C++ 엔진에 필적하는 메모리 공유 성능을 얻을 수 있다는 강력한 장점이 있습니다.

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_Last updated: 2026-04-14_

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- **Related Topics:** Structure of Arrays (SoA), TypedArray (Float32Array), Web Worker postMessage 통신, 메모리 제로 복사 (Zero-Copy)
- **Projects/Contexts:** 멀티스레드 기반 웹 게임 물리 엔진 구현, 초대규모 파티클 및 엔티티 시뮬레이션 (React Three Fiber)
- **Contradictions/Notes:** `bitECS`와 같은 프록시 객체를 사용하면 원시 메모리를 다루는 로우 레벨 프로그래밍을 자바스크립트 객체 배열(JS objects) 다루듯 쉽게 접근할 수 있게 해줍니다. 하지만 이렇게 최적화를 하더라도, 개발자가 일반적으로 즐겨 사용하는 유연한 JSON 구조의 객체 데이터 포맷과는 여전히 거리가 멀고 데이터의 형태가 고정되어야 한다는 설계적 제약이 따릅니다.

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_Last updated: 2026-04-14_

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