Thread

프로세스의 사전적 의미를 찾아보면 아래와 같이 정의를 내린다.

컴퓨터에서 연속적으로 실행되고 있는 컴퓨터 프로그램

Thread의 의미

Thread의 사전적 의미를 찾아보면 아래와 같이 정의를 내린다.

프로세스 내에서 실행되는 여러 흐름의 단위

• 자바프로세스가 시작되고 main() 메소드가 수행되면서 하나의 쓰레드가 시작된다
• 자바를 이용하여 웹을 제공할때에는 Tomcat같은 WAS를 사용하는데 이 WAS도 똑같이 main() 메소드에서 생성한 쓰레드들이 수행되는 것
• 많은 쓰레드가 필요하다면 이 main() 메소드에서 쓰레드를 생성해주면 된다
• 프로세스의 종료
  • 싱글 쓰레드: 메인 쓰레드가 종료하면 프로세스도 종료된다
  • 멀티 쓰레드: 실행 중인 쓰레드가 하나라도 있다면 프로세스는 종료되지 않는다

Thread의 특징

• 프로세스 내에서 각각 Stack만 따로 할당을 받고 Code, Data, Heap 영역을 공유한다.
• 공유하는 메모리로 인해 독립적인 프로세스와는 다르게 쓰레드간 데이터를 주고 받는게 간단해지고 시스템 자원 소모가 줄어들게 된다.
• 공유하는 메모리로 인해 Context Switching에 대한 오버헤드가 줄어든다.

Thread를 생성하는 방법

쓰레드를 생성하는 방법은 크게 두 가지가 있다.

• Thread 클래스를 사용하는 방법
• Runnable 인터페이스를 이용하는 방법

Runnable 인터페이스와 Thread 클래스는 모두 java.lang 패키지에 있다. 따라서 이 인터페이스나 클래스를 사용할 때는 별도로 import할 필요가 없다. Runnable 인터페이스에 선언되어 있는 메소드는 단지 run() 하나이다. run() 메소드는 쓰레드를 통해 작업하고 싶은 내용이 들어가게 된다.

Runnable 구현 클래스

public class RunnableSample implements Runnable {
	public void run() {
		// 쓰레드가 실행할 코드
	}
}

Thead 상속 클래스

public class ThreadSample extends Thread {
	public void run() {
		// 쓰레드가 실행할 코드
	}
}

Thead와 Runnable 실행방법의 차이

두개의 예제 모두 간단하게 run() 메소드를 정의하였고 RunnableSample, ThreadSample 클래스 모두 쓰레드로 실행할 수 있다는 공통점이 있다. 하지만 이 두개의 클래스를 실행하는 방식은 다르다. 아래 예제는 쓰레드를 수행하는 RunTreads라는 클래스이다.

public class RunThreads {
	public static void main(String[] args) {
		RunThreads threads = new RunThreads();
		threads.runBasic();
	}
}

public void runBasic() {

	// Runnable 인터페이스를 구현한 쓰레드 시작
	RunnableSample runnable = new RunnableSample();
	new Thread(runnable).start();

	// Thread 클래스를 상속받은 쓰레드 시작
	ThreadSample thread = ThreadSample();
	thread.start();
}

Runnable을 구현한 부분을 보면 new Thread(runnable).start(); 라고 나와있는거 처럼 쓰레드로 바로 시작할 수는 없다. 따라서 Thread 클래스의 생성자에 해당 객체를 추가하여 시작해주어야만 한다. 쓰레드를 시작하는 메소드는 start() 이다.

Thread 클래스와 Runnable 인터페이스, 언제 쓸까

인터페이스와 클래스 각 객체가 start() 메소드를 호출하게 되면서 쓰레드가 시작된다. 쓰레드가 다른 클래스를 확장할 필요가 있을때 Runnable 인터페이스르 구현하면 되며 그렇지 않은 경우에는 Thread클래스를 사용하는 것이 편하다.

Thread를 실행할 때 start()와 run()의 차이

run()을 호출하는 것은 생성된 스레드 객체를 실행하는 것이 아니라, 단순히 스레드 클래스 내부의 run 메서드를 실행시키는 것이다.

즉, main 함수의 스레드를 그대로 사용해서 run 메서드를 실행하기 때문에 새로운 스레드가 생기지 않고 병렬처리를 할 수 없다.

반면에 start()는 새로운 스레드를 실행하는데 필요한 호출 스택(call stack)을 생성한 다음에 run을 호출해서, 생성된 호출 스택에 run()이 첫 번째로 저장되게 한다.

좀 더 쉽게 말하면, start()를 호출하면 스레드를 새롭게 생성해서 해당 스레드를 runnable 한 상태로 만든 후 run() 메서드를 실행하게 된다. 따라서 start()를 호출해야만 멀티스레드로 병렬 처리가 가능해진다.

Thread 예제

Thread를 상속받은 ModifyAmountThread 클래스

public class ModifyAmountThread extends Thread {
    private  CommonCalculate calc;
    private boolean addFlag;

    public ModifyAmountThread(CommonCalculate calc, boolean addFlag){
        this.calc = calc;
        this.addFlag = addFlag;
    }
    public void run() {
        for(int loop=0; loop<10000; loop++) {
            if(addFlag) {
                calc.plus(1);
            } else {
                calc.minus(1);
            }
        }
    }
}

연산을 정의해놓은 CommonCalculate 클래스

public class CommonCalculate {
    private int amount;
    public CommonCalculate() {
        amount = 0;
    }
		// 방법 1. synchronized 동기화 - 메소드 전체
		public synchronized void plus(int value) {
        amount+=value;
    }
    public synchronized void minus(int value) {
        amount-=value;
    }

		/*
		
		방법.2 synchronized 블록을 통해 동기화 처리 할 부분을 지정.
		
		private Object lock = new Object();

		...
		public void plus(int value) {
        synchronized (lock) {
            amount+=value;
        }
    }
    public void minus(int value) {
        synchronized (lock) {
            amount-=value;
        }
    }

		*/
    public int getAmount() {
        return amount;
    }
}

Thread 생성 및 실행 클래스

public class RunSync {
    public static void main(String[] args) {
        RunSync runSync = new RunSync();
        runSync.runCommonCalculate();
    }

    private void runCommonCalculate() {
        CommonCalculate calc = new CommonCalculate();

				// 쓰레드1, 쓰레드2 생성 동일한 calc 객체를 사용한다.
        ModifyAmountThread thread1 = new ModifyAmountThread(calc, true);
        ModifyAmountThread thread2 = new ModifyAmountThread(calc, true);

        thread1.start();
        thread2.start();

        try {
						// thread1, thread2가 종료될때까지 메인쓰레드를 대기시킨다.
						// join을 통해 쓰레드가 수행하는 연산에 대한 결과를 볼 수 있다.
            thread1.join();
            thread2.join();
            System.out.println("Final Value is " + calc.getAmount());
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

데몬쓰레드

• 주 쓰레드의 백그라운드에서 작업을 돕는 보조적인 역할을 수행하는 쓰레드.
• 주 스레드가 종료되면 데몬 스레드는 강제적으로 자동 종료된다.
• JVM은 데몬쓰레드의 종료를 기다리지 않는다.

public void runDaemonThread() {
	ThreadSample thread = new ThreadSample();
	thread.setDaemon(true); // 데몬쓰레드
	thread.start();
}

스레드를 많이 띄어야 하는 상황 (I/O가 걸릴때마다)

• 대기 시간 즉 cpu가 i/o처리 시 block 걸리는 시간이 길 때 (ex, 대용량 파일 I/O 발생, 긴 네트워크 지연 발생)에는 스레드 개수를 늘려서 대기시간(block io 시간)을 줄여야 한다.

동시성과 병렬성

동시성	병렬성
동시에 실행되는 것 같이 보이는 것	실제로 동시에 여러 작업이 처리되는 것
싱글 코어에서 멀티 쓰레드(Multi thread)를 동작 시키는 방식	멀티 코어에서 멀티 쓰레드(Multi thread)를 동작시키는 방식
한번에 많은 것을 처리	한번에 많은 일을 처리
논리적인 개념	물리적인 개념