JAVA - Thread(1)

📙 Thread? Process?

Java를 공부하면서 Thread라는 개념을 접했을때는 굉장히 낯설고 처음이라서 어색한 용어들이 굉장히 많았습니다. 제가 7살때 처음 컴퓨터를 구입해서 사용했으니 20년 가까이 PC를 써오면서 그래도 지금 알아볼 두개의 단어는 많이 듣지 않았나 생각이 듭니다.

• 프로그램(program) : 원하는 어떠한 일을 하기 위해 계획된 방법과 절차에 의해 작성된 일련의 순서나 목록을 말합니다. 사용자가 요청한 작업을 처리하기 위해 프로그래머에 의해 작성된 명령의 집합(모음)으로 설명할 수 있겠습니다.
• 프로세스(process) : 프로세스는 실행 중인 프로그램을 말합니다. 프로세스는 프로그램을 수행하는 데 필요한 데이터와 메모리 등의 자원, 그리고 쓰레드로 구성되어 있습니다.

🎯 그래서 Thread가 뭔데요?

위에서 프로세스는 프로그램을 수행하는 데 필요한 데이터와 메모리 등의 자원, 그리고 쓰레드로 구성되어 있다고 알아 보았습니다.
모든 프로세스에는 최소한 하나 이상의 쓰레드가 존재하며, 둘 이상의 쓰레드를 가진 프로세스를 '멀티 쓰레드 프로세스' 라고 합니다.

프로세스 = 공장, 쓰레드 = 일꾼으로 생각하면 싱글 쓰레드와 멀티 쓰레드를 이해하기 쉽습니다. 한 공장에 일꾼이 한명이라면 싱글 쓰레드이고, 한 공장에 일꾼이 여럿이라면(2명 이상) 멀티 쓰레드 입니다.

✔ 하나의 프로세스가 가질 수 있는 쓰레드의 수는 제한되어 있지 않지만, 쓰레드가 작업을 수행하는데 개별적인 메모리 공간(호출스택)을 필요로 하기 때문에 프로세스의 메모리 한계에 따라 생성할 수 있는 쓰레드의 수가 결정됩니다.

👍 멀티 태스킹? 멀티 쓰레드?

저는 보통 PC를 키거나 작업을 하면, Chrome & IDE & DB등 많은 Tool들을 동시에 실행시키고 사용합니다. 이것이 가능한 이유는 무엇일까요?
윈도우와 유닉스를 포함한 대부분의 OS는 멀티태스킹을 지원하기 때문입니다.

왜 쓰레드를 설명하면서 멀티 태스킹에 대해서 언급했을까요? 눈치 채셨나요?

응 눈치 못채면 그만이야 😂

이와 마찬가지로 멀티쓰레딩은 하나의 프로세스 내에서 여러 쓰레드가 동시에 작업을 수행하는 것입니다. CPU의 코어는 한 번에 단 하나의 작업만 수행할 수 있습니다.

실제로 동시에 처리되는 작업의 개수는 코어의 개수와 일치합니다. 그래서 CPU에 코어수가 많은 것을 선택하게 되는 것이죠. 쓰레드의 수는 언제나 코어의 개수보다 훨씬 많기 때문에 각 코어가 아주 짧은 시간 동안 여러 작업을 번갈아 가며 수행하여 여러 작업들이 모두 동시에 수행되는 것처럼 보이게 합니다.

👀 멀티쓰레딩 너의 장점을 보여줘

도스와 같이 한 번에 한가지 작업만 할 수 있는 OS와 윈도우와 같이 멀티태스킹이 가능한 OS의 차이는 이미 경험으로 잘 알고 있으실거라 생각합니다.
전 도스 안써봐서 몰라요 응애거든요

멀티쓰레딩의 장점을 나열한다면 아래와 같을 것 같습니다.

• CPU의 사용률을 향상시킵니다.
• 자원을 보다 효율적으로 사용할 수 있습니다.
• 사용자에 대한 응답성이 향상됩니다.
• 작업이 분리되어 코드가 간결해집니다.

만약에 친구와 카카오톡을 하는데 친구가 사진을 전송하는 동안 채팅을 하지 못하고 멈춰야 한다면 아무도 카카오톡을 사용하지 않겠죠?

우리가 카카오톡을 하며, 사진을 보내고 파일을 다운로드 받는 동안에도 친구와 지속적으로 채팅을 할 수 있었던 비밀은 채팅 애플리케이션은 멀티쓰레드로 작성되어 있기 때문입니다.

여러 사용자에게 서비스를 해주는 서버 프로그램의 경우 멀티쓰레드로 작성하는 것은 선택이 아닌 필수라고 봐야 할만큼 멀티쓰레드는 우리에게 많은 편리함을 제공해왔습니다.

싱글쓰레드의 경우 사용자의 요청마다 새로운 프로세스를 생성해야 하는 것이 가장 큰 단점입니다. 프로세스를 생성하는 것이 쓰레드를 생성하는 것에 비해 더 많은 시간과 메모리 공간이 필요하기 때문입니다.

🐸 쓰레드를 가벼운 프로세스, 즉 경량 프로세스라고 부르기도 합니다.

멀티쓰레드가 장점만 있는 사랑스러운 존재라면, 싱글쓰레드 개념을 우리가 알지 못해도 됬을 것입니다. 하지만 멀티쓰레드는 여러 쓰레드가 같은 프로세스 내에서 자원을 공유하며 작업을 수행하기 때문에 동기화와 교착상태 같은 문제들이 있습니다.

이 부분은 꽤나 중요하기 때문에 추후에 따로 포스팅 하여 알아보겠습니다.

😊 쓰레드를 구현하고 실행해 보자!

Java에서 쓰레드를 구현하는 방법은 두 가지가 있습니다.
Thread 클래스를 상속받는 방법과, Runnable 인터페이스를 구현하는 방법이 있는데요.
어느 쪽을 선택해도 별 차이는 없겠지만, Java는 다중 상속을 지원하지 않으므로 Thread 클래스를 상속 받으면 다른 클래스를 상속받지 못하게 됩니다.

따라서 Runnable 인터페이스를 구현하는 방법이 일반적입니다.

// Thread 클래스를 상속받는 방법
class MyThread extends Thread {
	@Override
    public void run() { /* 작 업 내 용 */ } 		// Thread 클래스의 run()을 오버라이딩
}

// Runnable 인터페이스를 구현하는 방법
class MyThread implements Runnable {
	@Override
    public void run() { /* 작 업 내 용 */ } 		// Runnable 인터페이스의 run()을 구현
}

Runnable 인터페이스의 소스를 보면 오로지 run( )만 정의되어 있는 간단한 인터페이스 입니다. Runnable 인터페이스를 구현하는 방법은 간단합니다.

추상메서드인 run( )의 몸통{ }을 만들어 주기만 하면 구현을 할 수 있습니다.

// Runnable 인터페이스의 소스
public interface Runnable {
	public abstract void run();
}

그렇다면 Thread 클래스를 상속받는 방법과 Runnable 인터페이스를 구현하는 방법으로 Thread를 구현하고 실행하는 예제를 살펴 보겠습니다.

// Thread 구현 & 실행 예제
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);          // 생성자 Thread(Runnable target)

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

/*
	Thread 클래스를 상속
*/
class ThreadEx1_1 extends Thread {

    @Override
    public void run() {
        for(int i=0; i<5; i++){
            System.out.println(getName());
        }
    }
}

/*
	Runnable 인터페이스를 구현
*/
class ThreadEx1_2 implements Runnable {

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

위의 예제를 보면 Thread 클래스를 상속받은 경우와 Runnable 인터페이스를 구현한 경우의 인스턴스 생성 방법이 다릅니다.

• Thread 클래스를 상속받은 경우

ThreadEx_1 t1 = new ThreadEx1_1();  // Thread의 자손 클래스의 인스턴스를 생성

• Runnable 인터페이스를 구현한 경우

Runnable r = new ThreadEx1_2(); 	// Runnable을 구현한 클래스의 인스턴스를 생성
Thread t2 = new Thread(r);			// 생성자 Thread(Runnable target)

// 위의 코드 두줄을 간단히 한줄로 하기
Thread t2 = new Thread(new ThreadEx1_2());

Runnable 인터페이스를 구현한 경우에, Runnable 인터페이스를 구현한 클래스의 인스턴스를 생성한 다음, 이 인스턴스를 Thread 클래스의 생성자의 매개변수로 제공해야 합니다.

public class Thread {
	...
    private Runnable target;  // Runnable을 구현한 클래스의 인스턴스를 참조하기 위한 변수
    
    // Thread의 생성자
    public Thread(Runnable target) {
        this(null, target, "Thread-" + nextThreadNum(), 0);
    }
    
    // run()을 오버라이딩
    // Runnable 인터페이스를 구현한 클래스의 run()을 호출
    @Override
    public void run() {
        if (target != null) {
            target.run();
        }
    }
}

위의 예제 코드는 실제 Thread 클래스의 소스코드 중 일부 입니다. 이 코드를 보면 run( )을 호출하면 참조변수 r을 통해서 Runnable 인터페이스를 구현한 인스턴스의 run( )이 호출됩니다. 따라서 상속을 통해 run( )을 오버라이딩하지 않고도 외부로부터 run( )을 제공받을 수 있는 것입니다.

🚦 Thread 상속 vs Runnable 인터페이스 구현

Thread 클래스를 상속받으면 자손 클래스에서 조상인 Thread 클래스의 메서드를 직접 호출할 수 있습니다. 하지만 Runnable을 구현하면 Thread 클래스의 메서드에 직접 접근할 수 없죠.

그러면.. Runnable 쓰면 안되는 거 아닌가요?

당연히 Runnable을 일반적으로 사용한다고 말씀드렸으니 해결방법은 있습니다.
아 어그로좀 제발 그만 🤣🤭

Thread 클래스의 static 메서드인 currentThread( )를 호출하여 쓰레드에 대한 참조를 얻어서 호출이 가능해집니다.

// Thread를 상속받은 클래스에서의 메서드 사용
System.out.println(getName());

// Runnable 인터페이스를 구현한 클래스에서의 메서드 사용
System.out.println(Thread.currentThread().getName());

위의 예제 코드처럼 Thread 클래스를 상속받은 자손 클래스에서는 메서드의 이름으로 메서드 호출이 가능했다면, Runnable 인터페이스를 구현한 클래스에서는 Thread 클래스의 static 메서드인 currentThread( ) 메서드로 Thread의 참조를 얻은 뒤 호출이 가능합니다.

오늘은 업무가 많아서 여기까지..

곧 돌아올게요 To Be Continue..

출처 : 자바의 정석 3rd Edition(도우출판, 남궁성 저)