Java Syntax - (15) Thread

가빈·2023년 12월 27일
JavaSyntax자바완전정복

내가 보려고 정리하는 JavaSyntax ☕️

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쓰레드의 속성을 반복해서 봐야한다. 특히, 데몬설정!!

Program vs Process vs Thread

컴퓨터 구조

CPU(고속), 메모리(용량 낮,속도 높), 하드디스크(용량 높, 속도 낮) => 컴퓨터의 부품

  1. 프로그램 실행(cpu 사용)하려면 하드디스크의 내용을 메모리에 올려야된다(loading)
    ❗️cpu는 하드디스크과 직접 상대하지 않고 메모리와 주고받는다

  2. 1번의 이유로 하드디스크에 프로그램이 설치가 되어있다(C:ProgramFiles/...) => Program

  3. 1번처럼 loading이 된 프로그램 => Process

Process 구조

엄밀히 말하자면, cpu와 메모리 속의 process 속의 Thread가 주고받는 것이다.

❗️Thread가 없는 process라는 것은 cpu를 사용하지 않는 프로그램인 것.... 그건 프로그램이 아님

쓰레드 1개만 주고 받으면, 단일 쓰레드 프로세스
쓰레드 여러개 주고 받으면, 멀티 쓰레드 프로세스

자바 프로그램의 Thread

Thread : CPU의 최소 단위

  1. JVM의 할 일 : main()를 먼저 실행시키는 것

  2. main()로 인해 main Thread가 생성됨
    = 메모리 내에 process 내에 main Thread
    = 초기에는 쓰레드 1개 실행

  3. 이후에 main Thread 내에 여러 객체나 메서드(해당 Thread)가 생성되고 실행됨
    = 멀티 쓰레드

Q. main() 내에 2개의 메서드가 실행되고 있다면, 몇개의 쓰레드가 존재하는 것인지?
A. 3개(main,2개 메서드의 thread) = 멀티 쓰레드

Multi-Thread의 필요성

: 동시에 일을 수행하기 위함 but, 매번 속도가 빨라지는 건 아님

진행과정

순차(Sequential) -> 단일 쓰레드

: 하나 끝내고 다른 거 진행. abc(), bcd()가 있다면 abc() 진행 후 bcd()

동시(Concurrency) -> 멀티 쓰레드

: CPU가 1개만 있을 때 교차하면서 진행=> 교차 시간이 너무 짧아서 동시처럼 보임
abc(),bcd(),abc(),bcd() ...

⭐️ 작업 수 > cpu 코어 수

병렬(Parallelism) -> 멀티 쓰레드

: cpu가 여러 개 있을 때, 정말로 동시에 진행하고 속도도 빠르다
abc() -> 결과물 1
bcd() -> 결과물 2

⭐️ 작업 수 < cpu 코어 수

Q1. 작업이 2개, 코어가 4개인 경우?
A. 병렬, 속도 빨라짐
Q1. 작업이 4개, 코어가 1개인 경우?
A. 동시
Q1. 작업이 6개, 코어가 2개인 경우?
A. 동시, 병렬

❗️Thread는 동시성과 병렬성을 둘 다 가진다


Thread 생성 & 실행

생성

비슷한 메커니즘으로 간다 클래스냐 인터페이스냐 익명이너클래스인지 택 1

실행

: start()메서드 호출

방법 1) Thread class 상속 후 run() 메서드 재정의

  • 클래스 정의
    : thread class를 상속받아 run()오버라이딩 or 익명클래스이용

    class MyThread extends Thread{
    @override
    public void run() {
        //쓰레드 작업내용
    }
}

  • 객체 생성 : A a = new A(); 형태 그대로

    Thread myThread = new MyThread();
or
MyThread mythread = new MyTHread();

  • thread 실행 : start이용

    myThread.start();

    ❗️run()실행이 아닌 start()를 실행하는 이유는
    새로운 쓰레드 생성이나 추가를 위한 모든 준비 + run() 실행 하기 위함

    ❗️run()은 주로 단일 쓰레드로 이용

방법 2) Runnable interface 구현(abstract run()메서드 구현) 후 Thread 생성자로 Runnable 객체 전달

  • 인터페이스 구현

    class VideoRunnable implements Runnable {
    @override
    public void run() {
        //run()에 다가 직접 내용을 넣어서 구현시킴
    }
}

  • main()에 runnable, thread 객체 생성

    public static void main(String[] ar) {
//runnable 생성
Runnable VideoRunnable = new VideoRunnable();

//Thread 생성
Thread myThread = new Thread(VideoRunnable);
}

  • thread 실행

    myThread.start();

방법 3) 익명이너클래스 이용

public static void main(String[] ar) {
Thread myThread = new Thread(VideoRunnable() {
    pulic void run() {
        //내뇽	
        }

    });
}

Thread의 속성 5가지

1. 쓰레드 객체 참조(정적메서드)

: 현재 Thread 객체를 참조하고 참조 객체가 없는 경우, thread 클래스의 정적메서드를 이용

static Thread Thread.currentThread()

2. 쓰레드 개수 확인하기

: 실행 중인 Thread의 개수, 동일하게 정적메서드를 이용

static int Thread.activeCount()
-> 같은 쓰레드 그룹 내의 active thread 개수

3. 이름 설정 및 가져오기

: thread 클래스의 인스턴스 메서드를 이용

이름 설정 : String.setName(String name)
이름 가져오기 : String.getName()

❗️앞의 예문들처럼 따로 쓰레드 이름을 설정하지 않는 경우, 컴파일러가 thread-0,...,thread-N 처럼 이름을 자동으로 부여한다

4. 우선 순위

: cpu 작업 중 동시성으로 교차로 작업을 진행한다면, 우선순위가 높은것을 더 많은 범위로(많은 시간을 들여서) 작업을 진행함
+Thread의 인스턴스 메서드를 이용

int getPriorty ()
void setPriority (int priority)

가장 높음 : Thread.MAX_PRIORIRY
기본값 : Thread.NORM_PRIORIRY
가장 낮음 : Thread.MIN_PRIORIRY

5. 데몬 설정

void setDeamon(boolean on) -> 인스턴스메서드 이용
❗️ 반드시 start() 전에 사용해야 함

일반 쓰레드(디폴트)

: main쓰레드가 실행 완료 후, 안에 다른 thread 작업중일 때, 작업 중인 thread가 끝나야 프로그램이 종료

데몬 쓰레드

: main쓰레드가 실행 완료 후, 안에 다른 thread 작업 중이어도 프로그램 종료
❗️main 쓰레드를 포함해서 모든 일반 쓰레드가 종료해야 함께 종료됨


Thread 동기화 (synchronized)

동기화

:하나의 작업이 완전히 완료된 후 다른 작업 수행, 한번에 한 개의 일만 실행 = ㅏ동기식
(<->비동기식 : 완료와 상관없이 명령에 의해 다른 작업 수행)

동기화의 필요성

두 개의 thread가 하나의 객체를 공유할 때 필요
(완전정복 자바 중...)

-> 작업 1과 2는 더하기를 수행하는 작업이고 어떤 객체의 값이 3이라면,,,,
작업 1이 3에서 4로 변하는 대기시간에 작업 2가 그사이에 실행하면 객체의 값이 3인 상태이므로 작업 2도 3에서 4로 변하게 된다. 즉, 작업 1과 2는 같은 객체를 공유해서 같은 값이 나온다는 문제가 된다.

-> 동기화상태가 아니라면 작업 1이 3->4 변한 후에 객체의 값이 4로 재정의되고 작업 2가 4->5로 변환시키므로 그 객체의 최종 값은 5가 된다

문제점 해결

해결 : 같은 객체를 수행작업을 하나의 작업 끝내고 그 다음 작업을 시행하게끔한다 -> 하나의 작업이 실행될때는 lock을 걸어놓는다

동기화 사용방법

방법 1) 메서드 동기화

: 동시에 두 개의 thread가 동기화 메서드를 사용하지 못하도록 하고 그래서 동기화 문제점을 해결한다

접근지정자 synchronized 리턴타입 메서드명(입력매개변수){
	//동기화가 필요한 코드
}

-> 메서드를 실행하러 올때 이미 작업이 진행 중이면 대기 시켜놓는 기능이 있다(synchronized)

class MyData{
	int data = 3;
    public synchronized void plusData(){
    //데이터를 바로 가져와 2초 뒤에 결과값 저장
    int mydata = data;
    try{ Thread.sleep(2000);}
    }
    catch(InterruptedException e){}
    data = mydata+1;
}

방법 2) 블록 동기화(block)

: 동시에 두 개의 thread가 동기화 블록을 사용하지 못하게 하고 이로 인해 동기화 문제점을 해결한다

synchronized (임의의 객체) {
	//동기화가 필요한 코드
}
class MyData{
	int data = 3;
    synchronized(this) {
    //데이터를 바로 가져와 2초 뒤에 결과값 저장
    int mydata = data;
    try{ Thread.sleep(2000);}
    }
    catch(InterruptedException e){}
    data = mydata+1;
}

⭐️ 모든 객체는 단 하나의 자물쇠(lock기능)를 가진다 또한, 여러 동기화 블럭이어도 동일한 키가 필요하다
동기화 될 때 처음 사용하는 thread가 해당 객체의 key(열쇠기능)를 가진다
그래서, 먼저 실행 중인 thread가 key를 반납할 때까지 다른 thread는 대기상태!
쉽게 말해, 동기화는 해당 메서드나 부분을 자물쇠로 잠구는 행위라고 볼 수 있다

Thread 상태

요약

new(객체 만들기) ---> Runnable(cpu가 사용상태) ---> Terminated
T t = new t / t.start()--->(실행대기와 실행)--->run()완료

Runnable 내에서는,

  • 양보 : Thread.yield()

Runnable이 일시정지 상태일 때,

  • Timed Waiting : Thread.sleep(1000), join()-> 1초 딜레이 / interrupt() -> 시간종료
  • Blocked : 사용객체 lock/unlock
  • Waiting : join()(대기),waiting()대기 / notify(), notifyAll()

상태값 가져오기

: 인스턴스 메서드를 이용
Thread.State getState()

State state = myThread.getState();
switch(state){
	case Thread.state.NEW:
    ...
}

NEW

: new를 통해서 thread의 객체 생성된 상태(start()전)

RUNNABLE

: start() 이후 CPU를 사용할 수 있는 상태 -> 동시성에 의해 실행과 실행대기를 교차함

  • Thread.yield() : 다른 쓰레드에게 cpu사용을 양보하고 자신은 실행대기 상태로 전환

TIMED_WAITING

  • sleep(time) : sleep(시간)을 호출한 쓰레드가 설정한 시간동안 일시정지 상태를 유지
    static void sleep(long millis)

  • join(time) : thread.join(시간)을 호출하면 지정시간동안 thread가 cpu를 사용하며 호출한 쓰레드는 일시정지 상태 = cpu를 중간에 가져가는 것
    void join(long millis)

❗️sleep과 join은 CPU사용할 수 없음, 정해진 시간이 종료되거나 interrupt()를 발생해서 RUNNABLE상태로 되돌아가야 한다
  • interrupt() : interruptedException 예외를 발생시켜서 일시정지 상태를 탈출 = 일시정지 시간 종료
    void interrupt()

BLOCKED = 동기화파트

  • Lock : 동기화 메서드 or 블록으로 lock이 걸린 경우, 사용 객체가 lock이 된다
  • Unlocked : 동기화 메서드 블록이 unlock인 경우, 사용객체가 unlock.

❗️ 일정시간 일시정지 상태이므로 cpu 사용불가, 각 쓰레드가 key를 획득하면 runnable 상태로 전환 = 동기화내용과 동일

WAITING

  • wait() : object메서드. wait()를 호출한 메서드는 일시정지 상태가 되며 다른 쓰레드가 notify() / notifyAll()로만 일시정지에서 벗어날 수 있음
    void wait()

❗️ wait() 다음 줄부터 실행되고 동기화 메서드와 블록 내에서만 사용 가능

  • join() : join시 시간을 주지 않으면 thread가 종료할 때까지 호출했던 쓰레드는 일시정지한 상태

  • notify() : object메서드. 하나의 쓰레드를 탈출

  • notifyAll() : object메서드. wait() 중인 모든 thread를 탈출

❗️ 동기화 메서드와 블록 내에서만 사용 가능

TERMINATED

: run()의 작업 내용이 모두 완료되어 thread가 종료된 상태
❗️한 번 실행된 thread는 재실행 불가-> 새롭게 객체 생성해야 함

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