Thread

프로세스와 스레드

 - 프로세스 : 실행 중인 프로그램 -> 프로그램을 실행하면 OS로부터 실행에 필요한 자원을 할당받아 프로세스가 된다

 - 프로세스는 프로그램을 수행하는 데 필요한 데이터와 메모리 등의 자원 그리고 스레드로 구성되어 있으며, 프로세스의 자원을 이용해서 실제로 작업을 수행하는 것이 스레드

 - 둘 이상의 쓰레드를 가진 프로세스를 '멀티쓰레드 프로세스'라 칭한다

 - 멀티쓰레딩 : 하나의 프로세스 내에서 여러 쓰레드가 동시에 작업을 수행하는 것

 - 멀티쓰레딩의 장점:

1. CPU의 사용률을 향상시킨다.

2. 자원을 보다 효율적으로 사용할 수 있다.

3. 사용자에 대한 응답성이 향상된다.

4. 작업이 분리되어 코드가 간결해진다.

 스레드의 구현과 실행

 - 쓰레드를 구현하기 위해선 Thread클래스를 상속받거나 Runnable인터페이스를 구현하면 된다.

 - Thread 클래스를 상속받으면 다른 클래스를 상속받을 수 없기에, Runnable인터페이스를 구현하는 방법이 일반적이라고 한다. 

 - Runnable인터페이스를 구현하는 방법은 재사용성이 높고 코드의 일관성을 유지할 수 있어 보다 객체지향적인 방법

class MyThread extends Thread{
	public void run(){ /*작업내용 */ }
}

class MyThread implements Runnable{
	public void run() {/*작업내용*/}
}

 

- 쓰레드를 구현한다는 것은, 쓰레드를 통해 작업하고자 하는 내용으로 run()의 몸통을 채우는 것.

 

package ch13;

public class ThreadEx1 {
    public static void main(String[] args) {
        ThreadEx1_1 t1 = new ThreadEx1_1();

        Runnable r = new ThreadEx1_2();
        Thread t2 = new Thread(r);

        t1.start();
        t2.start();

    }


}

class ThreadEx1_1 extends Thread{
    public void run(){
        for(int i=0; i <5; i++){
            System.out.println(getName()); // 조상 Thread의 getName()호출
        }
    }
}

class ThreadEx1_2 implements Runnable{

    @Override
    public void run() {
        for(int i=0; i < 5; i++){
            //Thread.currentThread()는 현재 실행중인 Thread를 반환합니다.
            System.out.println(Thread.currentThread().getName());
        }
    }
}

- 쓰레드를 상속받으면 자손 클래스에서 조상인 Thread클래스의 메서드를 직접 호출할 수 있다

- Runnable을 구현하면 Thread클래스의 static메서드인 currentThread()를 호출하여 쓰레드에 대한 참조를 얻어 와야만 호출이 가능하다.

- static Thread currentThread() : 현재 실행중인 쓰레드의 참조를 반환한다.

- String getName() : 쓰레드의 이름을 반환한다. 

-쓰레드의 이름을 지정하지 않으면 'Thread - 번호'의 형식으로 이름이 정해진다.

- start()를 호출하고 실행대기중인 쓰레드가 없다면 곧바로 실행상태가 된다. 

- 한번 실행이 된 쓰레드는 다시 실행할 수 없으며, 쓰레드의 작업을 한 번더 수행해야한다면 새로운 쓰레드를 생성한 다음에 start()를 한번 더 호출해야 한다. 

쓰레드의 우선순위

- 쓰레드는 우선순위라는 속성을 가지고 있는데, 이 우선 순위의 값에 따라 쓰레드가 얻는 실행시간이 달라진다.

ex ) 파일 전송이 있는 메신저의 경우 파일전송보다 채팅 내용을 전송하는 쓰레드의 우선순위가 일반적으로 더 높다.

- void setPriority(int newPriority) : 쓰레드의 우선순위를 지정한 값으로 변경한다.

- int getPriority() : 쓰레드의 우선순위를 반환한다. 

- 쓰레드의 우선순위는 쓰레드를 생성한 쓰레드로부터 상속받는다. 

package ch13;

public class ThreadEx8 {
    public static void main(String[] args) {
        ThreadEx8_1 th1 = new ThreadEx8_1();
        ThreadEx8_2 th2 = new ThreadEx8_2();

        th2.setPriority(7);

        System.out.println("Priority of th1(-) :" + th1.getPriority());
        System.out.println("Priority of th2(-) : " + th2.getPriority());

        th1.start();
        th2.start();
    }
}

class ThreadEx8_1 extends Thread {
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 300; i++) {
            System.out.println("-");
            for (int x = 0; x < 10000000; x++) ;
        }
    }
}

class ThreadEx8_2 extends Thread {
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 300; i++) {
            System.out.println("|");
            for (int x = 0; x < 1000000; x++)
        }
    }
}

-> 싱글코어냐, 멀티코어냐에 따라 결과가 다르게 나옴. 싱글코어에서는 

쓰레드 그룹

- 쓰레드 그룹은 서로 관련된 쓰레드를 그룹으로 다루기 위한 것으로, 폴더를 생성해서 관련된 파일을 함께 넣어서 관리하는 것처럼, 쓰레드 그룹을 생성해서 쓰레드를 그룹으로 묶어 관리할 수 있다. 

- 보안상의 이유로 도입되었으며, 다른 쓰레드 그룹의 쓰레드를 변경할 수 없다.

- 쓰레드를 쓰레드 그룹으로 포함시키려면, Thread의 생성자를 이용해야 한다.

- 모든 쓰레드는 반드시 쓰레드 그룹에 포함되어 있다.

- 쓰레드 그룹을 지정하는 생성자를 사용하지 않은 쓰레드는 기본적으로 자신을 생성한 스레드와 같은 쓰레드 그룹에 속하게 된다. 

생성자 / 메서드	설명
ThreadGroup(String name)	지정된 이름의 새로운 쓰레드 그룹을 생성
ThreadGroup(ThreadGroup parent, String name)	지정된 쓰레드 그룹에 포함되는 새로운 쓰레드 그룹을 생성
int activeCount()	쓰레드 그룹에 포함된 활성상태에 있는 쓰레드의 수를 반환
int activeGroupCount()	쓰레드 그룹에 포함된 활성상태에 있는 쓰레드 그룹의 수를 반환
void checkAccess()	현재 실행중인 쓰레드가 쓰레드 그룹을 변경할 권한이 있는지 체크. 만일 권한이 없다면 SecurityException을 발생시킴.
void destroy()	쓰레드 그룹과 하위 쓰레드 그룹까지 모두 삭제
int enumerate(Thread[] list)	쓰레드 그룹에 속한 쓰레드 또는 하위 쓰레드 그룹의 목록을 지정된 배열에 담고 그 개수를 반환.
int getMaxPriority()	쓰레드 그룹의 최대 우선순위를 반환
String getName()	쓰레드 그룹의 이름을 반환
void list()	쓰레드 그룹에 속한 쓰레드와 하위 쓰레드 그룹에 대한 정보를 출력
void setMaxPriority(int pri)	쓰레드 그룹의 최대 우선순위를 설정

 

Thread(ThreadGroup group, String name)
Thread(ThreadGroup group, Runnable target)
Thread(ThreadGroup group, Runnable target, String name)
Thread(ThreadGroup group, Runnable target, String name, long stackSize)

ThreadGroup getThreadGroup() // 쓰레드 자신이 속한 쓰레드 그룹을 반환한다.
void uncaughtException(Thread t, Throwable t) // 쓰레드 그룹의 쓰레드가 처리되지 않은 예외에 의해 실행이 종료되었을때ㅡ JVM에 의해 이 메서드가 자동으로 호출된다.

 

package ch13;

public class ThreadEx9 {
    public static void main(String[] args) {
        ThreadGroup main = Thread.currentThread().getThreadGroup();
        ThreadGroup grp1 = new ThreadGroup("Group1");
        ThreadGroup grp2 = new ThreadGroup("Group2");

        ThreadGroup subGrp1 = new ThreadGroup(grp1,"SubGroup1");

        grp1.setMaxPriority(3); // 쓰레드그룹 grp1의 최대 우선순위를 3으로 변경

        Runnable r = new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                }catch(InterruptedException e){}
            }
        };

        new Thread(grp1, r, "th1").start();
        new Thread(subGrp1, r,"th2").start();
        new Thread(grp2,r,"th3").start();

        System.out.println(">>List of ThreadGroup: " + main.getName() +", Active ThreadGroup: " + main.activeGroupCount() + ", Active Thread: " + main.activeCount());
        main.list();
    }
}

- 하위 쓰레드 그룹이나 쓰레드는 들여쓰기를 이용해서 구분되도록 하였다. 

- setMaxPriority()를 통해 쓰레드 그룹 grp1과 그 하위의 쓰레드의 최대 우선순위를 3으로 설정되게 만들었다.

쓰레드의 실행 제어

-  쓰레드의 상태: 

1. NEW : 쓰레드가 생성되고 아직 start()가 호출되지 않은 상태

2. RUNNABLE : 실행 중 또는 실행 가능한 상태

3. BLOCKED : 동기화 블럭에 의해서 일시정지된 상태 (lock이 풀릴 때까지 기다리는 상태)

4. WAITING, TIME WAITING : 실행가능하지 않은 일시정지 상태, TIMED_WAITING은 일시정지시간이 지정된 경우를 의미함 

- 쓰레드를 생성하고 start()를 호출하면, 바로 실행되는 것이 아니라 실행대기열에 저장되어 자신의 차례가 올때까지 기다려야한다.

-실행 대기 상태에 있다가 자신의 차례가 되면 실행상태가 된다. 

- 주어진 실행시간이 지나거나 yield()를 만나면 다시 실행대기상태가 되고, 다음 차례의 스레드가 실행상태가 된다.

- 실행중에 suspend(), sleep() ,wait(), join(), I/O block에 의해 일시정지 상태가 될 수 있다.

- timeout(), notify(), resume(), interrupt()가 호출되면 일시정지상태를 벗어나 다시 실행대기열에 저장되어 자신의 차례를 기다리게 된다.

- 실행을 마치거나, stop()이 호출되면 스레드는 소멸된다.

 

메서드	설명
static void sleep(long millis) static void sleep(long millis, int nanos)	지정된 시간동안 쓰레드를 일시정지시킨다. 지정한 시간이 지나고 나면, 자동적으로 실행대기상태가 된다.
void join() void join(long millis) void join(long millis, int nanos)	지정된 시간동안 쓰레드가 실행되도록 한다. 지정된 시간이 지나거나 작업이 종료되면 join()을 호출한 쓰레드로 다시 돌아와 실행을 계속 한다.
void interrupt()	sleep()이나 join()에 의해 일시정지상태인 쓰레드를 깨워서 실행대기상태로 만든다.
void stop()	쓰레드를 즉시 종료시킨다.
void suspend()	일시정지상태에 있는 쓰레드를 실행대기상태로 만든다.
void resume()	suspend()에 의해 일시정지상태에 있는 쓰레드를 실행대기상태로 만든다.
static void yield()	자신에 게 주어진 실행시간을 다른 쓰레드에게 양보하고 자신은 실행대기 상태가 된다.

 

쓰레드의 동기화

- 멀티 스레드 프로세스의 경우 여러 스레드가 같은 프로세스 내의 자원을 공유해서 작업하면 서로의 작업에 영향을 줄 위험이 있음 

- 이를 방지하기 위해 한 스레드가 다른 스레드에 의해 방해 받지 않도록 하는 것이 필요한데, 이것이 임계영역, 락이다.

- 공유 데이터를 사용하는 코드 영역을 임계 영역으로 지정해놓고, 공유 데이터의 lock을 획득한 단 하나의 쓰레드만 이 영역 내의 코드를 수행할 수 있게 한다.

- 이처럼 한 쓰레드가 진행중인 작업을 다른 쓰레드가 간섭하지 못하도록 막는 것을 '쓰레드의 동기화'라고 한다.

 

synchronized를 이용한 동기화

- 메서드 앞에 synchronized를 붙이면, 메서드 전체가 임계 영역으로 설정된다. 쓰레드는 synchronized메서드가 호출된 시점부터 해당 메서드가 포함된 객체의 lock을 얻어 작업을 수행하다, 메서드가 종료되면 lock을 반환한다.

- 코드 일부를 블럭{}으로 감싸고 블럭 앞에 'synchronized' 참조변수를 붙이는 것이다. 이 블럭 영역 안으로 들어가면서부터 쓰레드는 지정된 객체의 lock을 얻게 되고, 이 블럭을 벗어나면 lock을 반납하게 된다.

package ch13;

public class ThreadEx21 {
    public static void main(String[] args) {
        Runnable r = new RunnableEx21();
        new Thread(r).start();
        new Thread(r).start();
    }

}

class Account{
    private int balance = 1000;

    public int getBalance(){
        return balance;
    }

    public void withdraw(int money){
        if(balance >= money){
            try{Thread.sleep(1000);} catch(InterruptedException e){}
            balance -= money;
        }
    }
}

class RunnableEx21 implements Runnable{
    Account acc = new Account();

    public void run(){
        while(acc.getBalance() > 0){
            int money = (int) (Math.random() * 3 + 1) * 100;
            acc.withdraw(money);
            System.out.println("balance: "+acc.getBalance());
        }
    }
}

- 출금을 수행하려는 순간 다른 쓰레드에게 제어권이 넘아가서 다른 쓰레드가 200을 출금하여 잔고가 0이 되었다. 

- 이러한 상황을 개선하기 위해, 즉 한 쓰레드의 작업이 다른 쓰레드에 의해 영향받지 않도록 하려면 synchronized키워드를 사용하여야 한다.

package ch13;

public class ThreadEx21 {
    public static void main(String[] args) {
        Runnable r = new RunnableEx21();
        new Thread(r).start();
        new Thread(r).start();
    }

}

class Account{
    private int balance = 1000;

    public int getBalance(){
        return balance;
    }

    public synchronized void withdraw(int money){
        if(balance >= money){
            try{Thread.sleep(1000);} catch(InterruptedException e){}
            balance -= money;
        }
    }
}

class RunnableEx21 implements Runnable{
    Account acc = new Account();

    public void run(){
        while(acc.getBalance() > 0){
            int money = (int) (Math.random() * 3 + 1) * 100;
            acc.withdraw(money);
            System.out.println("balance: "+acc.getBalance());
        }
    }
}