[Android] Executors와 병렬 처리 이야기

Intro

Android에서의 스레드는 크게 2가지로 나뉜다.

UI를 업데이트 할 수 있기에 UI 스레드라고 이름 붙여진 메인 스레드.
UI 업데이트 이외에 네트워크 작업 등 무거운 작업을 하게 되는 워크 스레드.

메인 스레드는 하나의 어플에서 단 하나만 존재하고 워크 스레드는 n개 이상 존재한다.

ANR 파트에서 다뤘지만 UI스레드에서 너무 많은 작업을 하는걸 안드로이드는 지양한다.
📍 그말은 즉, 워크 스레드를 적절히 이용해서 Main Thread에 무거운 작업을 시키지 않고 뷰에 업데이트를 잘 시키는게 또 하나의 숙제이다.

스레드를 잘 관리하는 게 그만큼 중요한데 이전에 동시성 문제라던가 여러 문제를 스레드로부터 지켜내기 위해 다뤘었다.

오늘은 스레드를 병렬 처리 하는 방법에 대해 이야기 하고자 한다.

Executors !?

• 스레드를 직접적으로 다루는 가장 최상위 API이다.
• Java에선 java.util.concurrent.Executors와 java.util.concurrent.ExecutorService를 제공하며 이를 이용하면 간단하게 스레드 풀을 생성하여 병렬 처리 할 수 있다.
• Executors를 사용하면 개발자가 직접 스레드를 만들 필요가 없다는 것이다.
• Executors가 Factory Method를 제공함으로 ExecutorService Instance를 얻는 것은 메서드 호출만 하면 된다.
• Runnable처럼 Executors는 Callable을 제공한다.
• Executors의 리턴값은 Future를 이용해서 받을 수 있다.

🖐 모두 java 라이브러리의 concurrent package에 생성되어 있다.
🔍 근데 그럼 concurrent를 뭐라고 생각하면 될까?
사전의미 그대로 라면 동시적으로, 동시성 을 의미한다.
concurrent는 parrallel과 보통 같이 이야기가 된다.
동시성과 병렬에 대한 이야기를 여기서 하면 너무 길어질 것이다.

아주 간단하게만 이야기 해보자.

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Concurrent Programming

• 동시성을 목표로 한다. 같은 종류의 작업이 가능한 많이 동시에 이뤄지는 것을 의미한다.
• "개별 클라이언트에 대한 응답은 빠르지 않지만 동시 처리 가능한 클라이언트의 수가 많은 것"

Parallel Programming

• 계산의 병렬성을 목표로 한다. 어떤 계산을 병렬적으로 수행하여 빠르게 끝낼 수 있는 것이다.
• "동시 처리 가능한 요청 클라이언트 수가 많진 않지만 개별 클라이언트에 대한 응답은 빠른 것"

그래서 일반적으로 Concurrent Programming을 많이 한다.
CPU가 좋아지는 요즘 시대에는 Parallel Programming은 선택이 아니라 필수가 되어가고 있다.

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Concurrent 단어를 보고 잠깐 병렬/동시성 프로그래밍을 이야기 했다.

다시 Executors를 보자.

"Java에선 java.util.concurrent.Executors와 java.util.concurrent.ExecutorService를 제공하며 이를 이용하면 간단하게 스레드 풀을 생성하여 병렬 처리할 수 있다."

"Executors 클래스에서의 여러 static 메서드를 사용하여 ExecutorService 인터페이스의 구현 객체를 만들 수 있는데, 이러한 객체가 스레드 풀이다."

📝 ExecutorService 인터페이스의 구현 객체 = 스레드 풀

위의 그림과 같이 Executor Service는 스레드 풀과 Queue로 구성되어 있다.
각각의 task들은 큐에 들어가게 되고 순차적으로 스레드에 할당된다.
스레드가 없다면 큐에서 대기하게 된다.
스레드를 생성하는 것은 비용이 큰 작업이기에 이를 최소화 하기 위해 미리 스레드 풀 안에 스레드를 생성해놓고 관리한다.

ExecutorService 객체 생성

• newFixedThreadPool(int) : 인자 갯수 만큼 고정된 스레드 갯수를 스레드 풀안에 생성.
• newCachedThreadPool() : 필요할 때, 필요한 만큼 스레드 풀 생성.
• newSingleThreadExecutor() : 스레드가 1개인 ExecutorService 리턴. 싱글 스레드에서 동작해야 하는 작업 처리 시 사용 한다.

Sample Code

fun main() { 
	val executor = Executors.newFixedThreadPool(2) 
    	(0..9).forEach { _ -> 
	        executor.execute { 
          try { 
              TimeUnit.MILLISECONDS.sleep(1000) 
              val threadName = Thread.currentThread().name println("hello $threadName") 
          } catch (e: InterruptedException) { 
              e.printStackTrace() 
          } 
        } 
        } 
        executor.shutdown() 
     
     	if(executor.awaitTermination(10, TimeUnit.SECONDS)) { 
     	   	println("작업 종료") 
	} else { 
    		println("작업 종료 X") 
        	executor.shutdownNow() 
            } 
}

• newFixedThreadPool(2)로 스레드가 2개인 스레드 풀을 생성한다.
• 0~9까지 반복하는데 1초마다 thread name을 찍게 된다.
• 위 과정을 하나의 스레드가 담당한다.
• executor.execute로 실행하게 되는데 void이기에 반환 값이 없고 실행만 한다. 반환 값을 받으려면 executor.submit<반환타입>()으로 불러야 한다.
• executor.shutdown()은 스레드 작업이 모두 끝나면 스레드 풀을 종료시킨다.
• executor.awaitTermination() 메서드는 이미 수행 중인 task가 있다면 인자값만큼 기다리는 것이다. 10초를 기다리게 된다.
• 10초를 기다려도 끝나지 않을 경우, executor.shutDownNow()가 호출되는데 이는 강제 종료와 같다. 실행중인 모든 task를 강제 종료시킨다.

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Callable & Future

• 위에서 Executors는 Callable과 Future를 사용한다고 했다.

우선, Callable
Runnable과 비슷하지만 리턴 타입을 갖는다는 특징이 있다.

Callable<Integer> task = () -> {
	try {
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        return 123;
    }
    catch (InterruptedException e) {
        throw new IllegalStateException("task interrupted", e);
    }
};
출처: https://emong.tistory.com/221

1초 이후에 123을 리턴하는 코드 이다.

그렇다면 Executor service에서 Callable은 어떻게 리턴 값을 받는가?
해답은 아래의 코드에 있다.

ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(1);
Future<Integer> future = executor.submit(task);

System.out.println("future done? " + future.isDone());

Integer result = future.get();

System.out.println("future done? " + future.isDone());
System.out.print("result: " + result); 

출처: https://emong.tistory.com/221

submit()을 쓰면 리턴 값을 받을 수 있다고 했다.
🖐 어 근데?? Future에 받네?? 그래 이제 Future가 등장한다.

Future는 executor service의 리턴값을 특정 시간 이후에 돌려 받을 수 있다. 리턴값 가져 오는 애라고 생각하면 된다.

근데 그럼 첫 번째 System.out.println()에서 true/false 중 뭘 출력할까??
정답은 false이다. 😛

future.get()를 써야 비로소 리턴 값을 기다리는 future가 되는 것이다.
리턴 받을 때까지 코드의 실행은 멈추게 된다.👐

그럼 아래 System.out.println을 통해 true와 123을 리턴한다.

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그럼 결국 Executor는 왜 쓰는가?

• task를 만드는 것과 실행 사이의 분리를 해주기에 기본제공 thread interface보다 자주 사용된다.
• 디커플링, 확장성, 메모리 참조 감소 등의 장점이 있다.
• 능동적으로 task 큐잉, 테스트 실행 순서 조절, 테스크 실행 유형(직렬, 동시) 등을 컨트롤 하기가 쉽다.

물론 Executor를 더 알아보기 위해선 task, thread pool 등을 더 자세하게 다뤄야 할 것이다.
이 한 페이지에 담기엔 너무 많아질 것 같아서 오늘은 간단하게 Executor를 알아본 것이다.

스레드 풀에 대해 좀 더 알고 싶다면 이 블로그를 보면 좋다.

Reference

• Efficient Android Threading #7 Executor 프레임워크를 통한 스레드 실행 제어
• Concurrent vs. Parallel
• Thread Pool