위 글은 김성박선생님의 자바 강의를 바탕으로 쓰여졌습니다.
더 자세한 내용은 아래 링크를 통해 알아보실 수 있습니다.

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🎪Thread

👔성능이 좋은 프로그램은 어떻게 만들까?

• B는 병렬화 가능하지 않은 부분이다.
• 1-B는 병렬화 가능한 부분이다.

1-B부분을 병렬화해서 실행시킨다면, 프로그램의 성능을 향상 시킬 수 있다.

🏀 병렬화 할 때 고려해야 할 것들

• 메모리의 속도
• CPU 캐시 메모리
• 디스크
• 네트워크
• 컨넥션
• 순차적 실행이 병렬실행보다 빠른 경우도 있다. 동시 실행에 따르는 오버헤드가 없고, 단일 CPU 알고리즘은 하드웨어 작업에 더 친화적일 수 있기 때문이다.

암달의 법칙(Amdahl's Law)

암달의 법칙( Amdahl's Law )은 암달의 저주로도 불리며, 컴퓨터 시스템의 일부를 개선할 때 전체적으로 얼마만큼의 최대 성능 향상이 있는지 계산하는데 사용된다. 진 암달의 이름에서 따왔다. 이론(theory)만 많은 컴퓨터과학 분야에서 몇 안되는 법칙(Law)이다.

🏀 병렬 vs 병행

• 병행(Concurrent)은 멀티스레드 프로그래밍을 의미한다.
• 병렬(Parallel)은 멀티코어 프로그래밍을 의미한다.
• 우리가 살펴볼 것은 병행 프로그래밍(동시성 프로그래밍, 멀티스레드 프로그래밍)

🏀 윈도우 작업관리자에서 프로세스 보기

• 각각의 프로세스들은 자신만의 메모리들을 확보한 상태로 실행되고 있다.

🏀 Process

• 각각의 프로세스는 메모리 공간에서 독립적으로 존재한다.
• 각각의 프로세스는 다음 페이지 그림과 같이 자신만의 메모리 구조를 갖는다.
• 프로세스 A,B,C가 있을 경우 각각 프로세스는 모두 같은 구조의 메모리 공간을 가진다.
• 독립적인 만큼 다른 프로세스의 메모리 공간에 접근할 수 있다.

각각의 프로세스는 힙,스택,데이터,BSS,Text를 갖고 있다.

프로세스는 독립적이기 때문에 다른 프로세스의 메모리에 접근할 수 없다.

🏀 다른 Process에 접근하는 방법

IPC

• 프로세스 A에서 프로세스 B를 직접 접근할 수 없기 때문에 프로세스 간의 통신을 하는 특별한 방식이 필요하다. 메일슬록(mailslot), 파이프(pipe)등이 바로 프로세스 간의 통신 즉, IPC의 예 들이다.

• 프로세스는 독립적인 메모리 공간을 지니기 때문에 IP를 통하지 않고 통신 할 수 없다.

• 프로세스가 여럿이 병렬적으로 실행되기 위해서는 필연적으로 컨텍스트 스위칭이 발생할 수 밖에 없다. 이것을 해결할 수 있는 것이 Thread이다.

즉, 프로세스간에 통신하기 위해 IPC가 사용된다는 것을 알 수 있다.

🏀 Thread

• 스레드는 하나의 프로그램 내에 존재하는 여러 개의 실행 흐름을 위한 모델이다.
• 우리가 생각하는 프로그램이 실행되기 위해서 하나의 실행흐름으로 처리할 수도 있지만, 다수의 실행흐름으로 처리할 수도 있다.
• 뒤에 나오는 그림과 같이 스레드는 프로세스와 별개가 아닌 프로세스를 구성하고 실행하는 흐름이다.

• 하나의 프로세스가 가지고 있는 메모리를 여러개의 스레드가 공유한다는 뜻이다.

• 프로세스와 프로세스의 전환보다 프로세스와 스레드의 전환의 비용이 훨씬 적다.

🏀 Thread 와 Process의 비교

• Thread는 Process 안에 존재하는 실행흐름이다.

• Thread는 Process의 heap,static, code 영역등을 공유한다.

• Thread는 stack영역을 제외한 메모리 영역은 공유한다.

• Thread가 code영역을 공유하기 때문에 프로세스 내부의 스레드들은 프로세스가 가지고 있는 함수를 자연스럽게 모두 호출할 수 있다.

• Thread는 IPC없이도 Thread 간의 통신이 가능하다. A,B 스레드는 통신하기 위해 heap영역에 메모리 공간을 할당하고, 두 Thread가 자유롭게 접근할 수 있다.

• 프로세스처럼 스케쥴링의 대상이다. 이 과정에서 컨텍스트 스위칭이 발생한다. 하지만 스레드는 공유하고 있는 메모리 영역 덕분에 컨텍스트 스위칭 때문에 발생하는 오버헤드가 프로세스에 비해 작다.

• 동작중인 프로세스가 바뀔 때 프로세스는 현재 자신의 상태(contex정보)를 일단 보존한 후, 새롭게 동작개시하는 프로세스는 이전에 보존해 두었던 자신의 컨텍스트 정보를 다시 복구한다. 이와 같은 현상을 컨텍스트 스위칭이라 말한다.

• 스레드의 컨텍스트 정보는 프로세스보다 적기 때문에 스레드의 컨텍스트 스위칭은 가볍게 행해지는 것이 보통이다.

• 하지만 실제로 스레드와 프로세스 관계는 JVM구현에 크게 의존한다.

플랫폼이 같아도 JVM의 구현방법에 따라 프로세스와 스레드의 관계는 달라질 수 있다.

🏀 멀티쓰레드(Multithread) 실행방식

📕 MainThread

지금까지 코드들은 메인메소드에서 실행이 되어서, 흐름이 하나 밖에 없었다.

📘 MultiThread

메인스레드 안에서 새로운 스레들을 실행 시킬 수 있다.
이 말은 동시에 여러개의 작업을 수행 할 수 있다는 것을 의미한다.

🩳Thread클래스 만드는 방법

🥎 Thread 클래스를 상속받아 쓰레드 작성하기

-run() 메소드를 상속받고 있는 클래스에서 오버라이딩 해주어야 한다.

class Xxx extends Thread{
	public void run(){
    	// 동시에 실행될 코드 작성
    }
} 

run() 메소드 오버라이딩 하기

Xxx x = new Xxx();
x.start();

Thread를 상속받은 클래스의 객체를 만든 후, x.start()를 이용해 실행시킨다.

🥎 Thread 예제 코드

💡 1초마다 *를 10번 출력하는 프로그램을 작성하시오.

package totojava.thread;

public class MyThreadExam {
    public static void main(String[] args) {
        /*
         1초마다 *를 출력해서 10번 출력하는 프로그램을 작성하시오.
         */
        for(int i=0;i<10;i++) {
            System.out.print("*");
            try {
                Thread.sleep(1000);
            }catch(InterruptedException e){
                e.printStackTrace();
            }
        } // for

    }
}

• sleep은 예외를 발생하기 때문에 예외 처리를 해준다.

💡 1초마다 *, +를 10번 출력하는 프로그램을 작성하시오.

package totojava.thread;

public class MyThreadExam {
    public static void main(String[] args) {
        /*
         1초마다 *를 출력해서 10번 출력하는 프로그램을 작성하시오.
         */
        for(int i=0;i<10;i++) {
            System.out.print("*");
            try {
                Thread.sleep(1000);
            }catch(InterruptedException e){
                e.printStackTrace();
            }
        } // for

        for(int i=0;i<10;i++) {
            System.out.print("+");
            try {
                Thread.sleep(1000);
            }catch(InterruptedException e){
                e.printStackTrace();
            }
        } // for

    }
}

실행결과

💡 메인 메소드가 실행되면 메인스레드가 하나 생성된다. 그 이름을 알아보자!

💡 Thread 실행시키는 방법

1. Thread클래스를 상속받는다.
2. run() 메소드를 오버라이딩

프로그램 종료는 언제 되는가?
⌛ Thread를 배우기 전
메인메소드가 끝나면 프로그램이 종료되는 것.

⏳ Thread를 배운 후
모든 스레드가 종료될 때 프로그램이 종료 된다.

💡 +,*를 스레드를 이용해 출력하는 코드

package totojava.thread;

public class MyThread extends Thread {

    private String str;

    public MyThread(String str){
        this.str = str;
    }


    @Override
    public void run() {
        for(int i=0;i<10;i++) {
            System.out.print(str);
            try {
                Thread.sleep(1000);
            }catch(InterruptedException e){
                e.printStackTrace();
            }
        } // for

    }
}

package totojava.thread;

public class MyThreadExam {
    public static void main(String[] args) {

        String name = Thread.currentThread().getName();
        System.out.println("thread name : " + name);
        System.out.println("start!");
        /*
         1초마다 *를 출력해서 10번 출력하는 프로그램을 작성하시오.
         */

        MyThread mt1 = new MyThread("*");
        MyThread mt2 = new MyThread("+");

        mt1.start();
        mt2.start();

        System.out.println("end");

    }
}

🥎 Runnable Interface를 구현해서 Thread 작성하기

• Thread가 Xxx를 가진다.

class Xxx implements Runnable {
	public void run(){
    	// 동시에 실행될 코드
    }
}

Xxx x = new Xxx();
Thread t = new Thread(x);
t.start();

🎯코드 작성 순서

1. Runnable 인터페이스를 구현한다.
2. run()메소드를 오버라이딩 한다.
   (1,2를 통해 만들어진 클래스를 객체로 만들어 사용한다.)
3. Thread인스턴스를 생성하는데, 생성자에 Runnable인스턴스를 넣어준다.
4. Thread가 가지고 있는 start() 메소드를 호출한다.

MyRunnable 소스코드

package totojava.thread;


// 1. Runnable인터페이스를 구현한다.
public class MyRunnable implements Runnable{

    private String str;
    public MyRunnable(String str){
        this.str = str;
    }

    // 2. run()메소드를 오버라이딩 한다.
    @Override
    public void run() {
        String name = Thread.currentThread().getName();
        System.out.println("---" + name + "----");
        for(int i=0;i<10;i++){
            System.out.print(str);
            try {
                Thread.sleep(1000); // 1초간 쉰다
            }catch(InterruptedException e){
                e.printStackTrace();
            }
        }
    }
}

MyThreadExam2 소스코드

package totojava.thread;

public class MyThreadExam2 {
    public static void main(String[] args) {

        String name = Thread.currentThread().getName();
        System.out.println("thread name : " + name);
        System.out.println("start!");
        /*
         1초마다 *를 출력해서 10번 출력하는 프로그램을 작성하시오.
         */

        MyRunnable mr1 = new MyRunnable("*");
        MyRunnable mr2 = new MyRunnable("+");

        // 3. Thread인스턴스를 생성하는데, 생성자에 Runnable인스턴스를 넣어준다.
        Thread t1 = new Thread(mr1);
        Thread t2 = new Thread(mr2);

        // 4. Thread가 갖고 있는 start() 메소드를 호출한다.
        t1.start();
        t2.start();

        System.out.println("end");

    }
}