Thread

Thread?

• 하나의 프로세스는 여러개의 쓰레드를 가질 수 있다.
• a lightweight process
• CPU를 점유하는 기본 단위
• program counter, register set, stack 도 쓰레드 단위로 가진다. (code, data, files는 공유한다.)
  

MutiThreading의 이점

• Responsiveness
  • server는 client의 요청처리를 thread에 맡기고, non-blocking으로 계속해서(thread의 개수 만큼) client의 요청을 받는다.
    
• Resource Sharing : 자원의 공유 (data영역을 공유 한다.)
• Economy : 프로세스를 생성/context-switching 보다 thread의 경우가 비용이 더 적다.
• Scalability : 확장성. 병렬처리 가능

Thread in Java

• Java는 Thread의 기반으로 만들어졌다.

1. Thread사용 in Java

1. Thread 클래스 상속
2. Runnable 인터페이스 구현
3. Lamda 표현식으로 Runnable 인터페이스 구현
   → public voud run() 메서드 override

public class ThreadExample1{
    public static void main(String[] args) {
        // 1. Thread 클래스 상속
        MyThread1 myThread = new MyThread1();
        myThread.start();
        System.out.println("Hello, My Child!");

        // 2. Runnable 인터페이스 구현
        Thread thread = new Thread(new MyThread2());
        thread.start();
        System.out.println("Hello, My Runnable Child!");

        // 3. Lambda로 Runnable 인터페이스 구현
        Runnable task = () -> {
            try {
                while (true) {
                    System.out.println("Hello, Lambda Runnable!");
                    Thread.sleep(500);
                }
            } catch (InterruptedException ie) {
                System.out.println("I'm interrupted");
            }
        };
        System.out.println("Hello, My Lambda Child!");
    }
}

class MyThread1 extends Thread{
    public void run() {
        try {
            while (true) {
                System.out.println("Hello, Thread!");
                Thread.sleep(500);
            }
        } catch (InterruptedException ie) {
            System.out.println("I'm interrupted");
        }
    }
}

class MyThread2 implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        try {
            while (true) {
                System.out.println("Hello, Runnable!");
                Thread.sleep(500);
            }
        } catch (InterruptedException ie) {
            System.out.println("I'm interrupted");
        }
    }
}

OUTPUT (1. Thread 클래스 상속)

Hello, My Child!
Hello, Thread!
Hello, Thread!
Hello, Thread!
Hello, Thread!
Hello, Thread!
Hello, Thread!

➡️ main thread 에서 MyThread1 생성 → start() → run()
: start() 시점에 아직 contextx-switching이 발생하지 않았으므로 main thread의 Hello, My Child!를 먼저 출력해준다. 이후 contextx-switching으로 MyThread1의 Hello, Thread!를 출력해준다.

2. 부모 쓰레드의 대기 : join

• 프로세스에서의 wait 개념

public class ThreadExample2 {
    public static void main(String[] args) {
        Runnable task = () -> {
            for (int i = 0; i < 5; i++) {
                System.out.println("Hello, Lambda Runnable!");
            }
        };

        Thread thread = new Thread(task);
        thread.start();
        try {
            thread.join(); // 이때 돌고 있는건 main
        } catch (InterruptedException ie) {
            System.out.println("Parent thread is interrupted");
        }
        System.out.println("Hello, My Joined Child!");
    }
}

OUTPUT

Hello, Lambda Runnable!
Hello, Lambda Runnable!
Hello, Lambda Runnable!
Hello, Lambda Runnable!
Hello, Lambda Runnable!
Hello, My Joined Child!

➡️ main thread 에서 MyThread1 생성 → start() → run() → join()
: join()에 돌고 있는 main thread가 대기 상태로 들어간다. start()된 task thread가 모두 실행후 main thread의 Hello, My Joined Child!가 출력된다.

3. 쓰레드의 종류 : interrupt

• stop의 deprecated됨

public class ThreadExample3 {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Runnable task = () -> {
            try {
                while (true) {
                    System.out.println("Hello, Lambda Runnable!");
                    Thread.sleep(100);
                }
            } catch (InterruptedException ie) {
                System.out.println("I'm interrupted");
            }
        };

        Thread thread = new Thread(task);
        thread.start();
        Thread.sleep(500);
        thread.interrupt();
        System.out.println("Hello, My Interrupted Child!");
    }
}

OUTPUT

Hello, Lambda Runnable!
Hello, Lambda Runnable!
Hello, Lambda Runnable!
Hello, Lambda Runnable!
Hello, Lambda Runnable!
I'm interrupted
Hello, My Interrupted Child!

Multithreading in a Muiticore system

• concurrency(병렬처리)의 향상
• 4개의 thread가 있을때,
  • 싱글코어 : 시간별로 interleaving 된다. (시분할=time-sharing)
    *interleaving : 끼워서 처리된다.
  • 멀티코어 : 코어의 수만큼 병렬처리 된다.

멀티코어에 따른 고려사항

• Identifying tasks : 분리된 task를 분리할줄 알아야한다.
  • 1~50 까지 더할때, 1~25더한것과 26~50까지 더한것을 합치면됨 → 완전한 병렬작업가능
  • 소팅시, 1~25소팅한것과 26~50까지 소팅한것은 완전한 병렬작업이라고 할 수 없음
• Balance : 동일한 작업량을 분배
• Data Splitting
• Data dependency : 데이터의 의존성을 관리 해준다. 예를들어 위의 머지소팅의 경우 각 그룹의 결과를 어떤 그룹과 비교할지와 같은 결정을 잘해주어야 한다.
• Testing and debugging : 단일 스레드 환경보다 테스트/디버깅이 어려움

병렬처리 방법

1. data parallelism
2. task parallelism

→ 최근엔 분산처리 환경이 가능해지며, 단일 컴퓨팅 환경이 아닌 수많은 컴퓨팅, 디스크 자원을 활용 함으로서 위 병렬처리 방법에 대한 구분이 무의미해짐

Amdahl's Law

• CPU코어가 많다고 무조건 속도가 향상되지는 않는다.
• serial(직렬) 처리되는 작업의 양에 따른 적정 코어수가 존재한다.

Reference
https://www.inflearn.com/course/%EC%9A%B4%EC%98%81%EC%B2%B4%EC%A0%9C-%EA%B3%B5%EB%A3%A1%EC%B1%85-%EC%A0%84%EA%B3%B5%EA%B0%95%EC%9D%98/dashboard