[Java의 정석] 쓰레드 (Thread)

Shiba·2023년 6월 19일

Java 자바 자바의정석

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📓 쓰레드 (Thread)

📔 쓰레드

🔷 프로세스와 쓰레드

프로세스 : 실행 중인 프로그램. 자원과 쓰레드로 구성

쓰레드 : 프로세스 내에서 실제 작업을 수행.
모든 프로세스는 최소 하나의 쓰레드를 가짐

◼ 멀티프로세스 vs 멀티 쓰레드

멀티 태스킹 : 동시에 여러 프로세스 실행

멀티 쓰레드 : 동시에 여러 쓰레드 실행
- 같은 프로세스안의 쓰레드는 같은 자원을 공유

🔷 쓰레드의 구현과 실행

◼ 쓰레드의 구현

① Thread 클래스 상속

class MyThread extends Thread {
	public void run() { //Thread클래스의 run()을 오버라이딩
    	...
    }
}

MyThread t1 = new MyThread(); //쓰레드 생성

② Runnable 인터페이스 구현 - 권장

class MyThread implements Runnable {
	public void run() { //Runnable인터페이스의 추상메소드 run()을 구현
    	...
    }
}

Runnable r = new MyThread();
Thread t = new Thread(r); //쓰레드 생성

◼ 쓰레드의 실행

쓰레드를 생성한 후에 start()를 호출

//쓰레드 생성
MyThread t1 = new MyThread();

Runnable r = new MyThread();
Thread t2 = new Thread(r); 

//쓰레드 실행
t1.start();
t2.start();

◼ start()와 run()

class MyThread extends Thread {
	public void run() {
    	...
    }
}

class ThreadTest {
	public static void main(String args[]) {
    	MyThread t1 = new MyThread();
        t1.start();
    }
}

🔷 쓰레드의 우선순위

작업의 중요도에 따라 쓰레드의 우선순위를 다르게 하여 특정 쓰레드가 더 많은 작업시간을 갖도록 함

void setPriority(int newPriority) //쓰레드의 우선순위를 지정한 값으로 변경.
int getPriority() //쓰레드의 우선순위를 반환

//쓰레드는 1~10단계의 우선순위. 수가 클수록 더 우선함.
public static final int MAX_PRIORITY = 10;
public static final int MIN_PRIORITY = 1;
public static final int NORM_PRIORITY = 5;

📕 쓰레드의 종류

🔷 싱글 쓰레드와 멀티 쓰레드

싱글 쓰레드 : 자원 + 쓰레드
멀티 쓰레드 : 자원 + 쓰레드 + 쓰레드 + 쓰레드 + ...

◼ 멀티 쓰레드의 장단점

장 점	단 점
- 시스템 자원을 보다 효율적으로 사용 - 사용자에 대한 응답성(responseness) 향상 - 작업이 분리되어 코드 간결	- 동기화(synchronization)에 주의해야 함 - 교착상태(dead-lock)가 발생하지 않도록 주의 - 각 쓰레드가 효율적으로 고르게 실행되도록 해야함

◼ 싱글 쓰레드 vs 멀티 쓰레드

🔸 병행과 병렬

//싱글 쓰레드									
class ThreadTest {								 
	public static void main(String args[]) {
    	for(int i = 0; i<300; i++){
        	System.out.println("-");
        }
        
        for(int i = 0; i<300; i++){
        	System.out.println("|");
        }
    }
}


//멀티쓰레드
class ThreadTest {
	public static void main(String args[]) {
    	MyThread1 t1 = new MyThread();
        MyThread2 t2 = new MyThread();
        t1.start();
        t2.start();
    }
}

class MyThread1 extends Thread {
	public void run() {
    	for(int i = 0; i<300; i++){
        	System.out.println("-");
        }
    }
}

class MyThread2 extends Thread {
	public void run() {
    	for(int i = 0; i<300; i++){
        	System.out.println("|");
        }
    }
}

🔸 블락킹(blocking)

//싱글 쓰레드
class ThreadEX6{
	public static void main(String args[]) {
    	//A
    	String input = JOptionPane.showInputDialog("아무 값이나 입력하세요.");
        System.out.println("입력하신 값은 " + input + "입니다.");
        
        //B
        for(int i = 10; i>0; i--) { 
        	System.out.println(i);
            try { Thread.sleep(1000); } catch(Exception e) {}
        }
    }
}

//멀티 쓰레드
class ThreadEX6_2 {
	public static void main(String args[]) { 
   		MyThread t1 = new MyThread();
        t1.start();
        
        //A
        String input = JOptionPane.showInputDialog("아무 값이나 입력하세요.");
        System.out.println("입력하신 값은 " + input + "입니다.");
    } 
}

class MyThread extends Thread {
	public void run() {	
    	//B
   		for(int i = 10; i>0; i--) { 
       		System.out.println(i);
            try { Thread.sleep(1000); } catch(Exception e) {}
        }
    }
}

🔷 데몬 쓰레드

일반 쓰레드의 작업을 돕는 보조적인 역할 수행

◼ 특징

일반 쓰레드가 모두 종료되면 자동적으로 종료

가비지컬렉터, 자동저장 등에 사용

무한루프와 조건문을 이용해 실행 후 대기하다가 특정조건이 만족되면 작업 수행 후 다시 대기하도록 작성

◼ 구현

//쓰레드가 데몬 쓰레드인지 확인. 데몬 쓰레드이면 true
boolean isDaemon() 

//쓰레드를 데몬 쓰레드로 또는 사용자 쓰레드로 변경. Daemon이 true면 데몬 쓰레드
void setDaemon(boolean Daemon)

❗ setDaemon(boolean on)은 반드시 start()를 호출하기 전에 실행되어야 한다.
그렇지 않으면 IllegalThreadStateException이 발생한다.

MyThread t1 = new MyThread(); //쓰레드 생성
t1.start();
t1.setDaemon(true); //에러!! 

//다음과 같이 수정
MyThread t1 = new MyThread(); //쓰레드 생성
t1.setDaemon(true); //반드시 start()호출 전에 실행
t1.start();

📒 쓰레드 관련 메소드

🔸 쓰레드 그룹

서로 관련된 쓰레드를 그룹으로 묶어서 다루기 위한 것(보안상의 이유)!

◼ 특징

모든 쓰레드는 반드시 하나의 쓰레드 그룹에 포함되어 있어야 한다!

쓰레드 그룹을 지정하지 않고 생성한 쓰레드는 ‘main쓰레드 그룹’에 속한다.

자신을 생성한 쓰레드(부모 쓰레드)의 그룹과 우선순위를 상속받는다.

Thread(ThreadGroup group, String name)
Thread(ThreadGroup group, Runnable target)
Thread(ThreadGroup group, Runnable target, String name)
Thread(ThreadGroup group, Runnable target, String name, long stackSize)

🔷 쓰레드 그룹 메소드

🔸 쓰레드의 상태

상태	설명**
NEW	쓰레드가 생성되고 아직 start()가 호출되지 않은 상태
RUNNABLE	실행 중 또는 실행 가능한 상태
BLOCKED	동기화블럭에 의해 일시정지된 상태(lock이 풀릴 때 까지 기다리는 상태)
WAITING TIMED_WAITING	쓰레드의 작업이 종료되지는 않았지만 실행가능하지 않은 일시정지 상태. TIMED_WAITING은 일시정지시간이 지정된 경우
TERMINATED	쓰레드의 작업이 종료된 상태

🔷 쓰레드의 실행제어 메소드

업로드중..

◼ sleep()

현재 쓰레드를 지정된 시간동안 멈춤

static void sleep(1ong millis) // 1/1000 단위
static void sleep(1ong millis, int nanos) // millis/1000 + 나노초

◻ 주의할 점

예외처리를 해야 한다.
- InterruptedException발생시 작업 재개

try{
	Thread.sleep(1,500000);
} catch(InterruptedException e) {} // 예외가 발생하여 깨어나는 원리임

특정 쓰레드를 지정해서 멈추는건 불가능
(무조건 메소드를 호출한 쓰레드가 멈춤)

//Thread의 run()
try{
	thl.sleep(1,500000);
} catch(InterruptedException e) {} //thl이 sleep()할거같지만 아님

try{
	Thread.sleep(1,500000); // = thl.sleep(1,500000);
} catch(InterruptedException e) {} //위의 sleep()과 결과 같음

◼ interrupt()

대기상태(WAITING)인 쓰레드를 실행대기 상태(RUNNABLE)로 만듦.

void interrupt() //쓰레드의 interrupt상태를 false에서 true로 변경
boolean isInterrupted() //쓰레드의 상태 반환
static boolean interrupted() //현재 쓰레드의 interrupted상태를 알려주고, false로 초기화

◻ 예제

public static void main(String[] args) {
	ThreadEX13 th1 = new ThreadEX13();
    th1.start();
    	...
    th1.interrupt(); //interrupted상태 true로 변경.
    
    System.out.println("isInterrupted() = " + isInterrupted()); //true출력
}

◼ suspend(), resume(), stop()

쓰레드의 실행을 일시정지, 재개, 완전정지 시킴
- 교착상태에 빠지기 쉬움

void suspend() //쓰레드를 일시정지
void resume() //suspend()로 일시정지된 쓰레드를 실행대기상태로 만듦
void stop() //쓰레드를 즉시 종료

suspend(),resume(),stop()은 deprecated되었음. 직접구현해야함

boolean suspended = false;
boolean stopped = false;

public void run(){
	while(!stopped) {
    	if(!suspended){
        	//수행코드
        }
    }
}

public void suspend() { suspended = true; }
public void resume() { suspended = false; }
public void stop() { stopped = true; }

◼ yield

남은 시간을 다음 쓰레드에 양보, 자신은 실행대기

void yield()

◻ 예제

boolean suspended = false;
boolean stopped = false;

public void run(){
	while(!stopped) {
    	if(!suspended){
        	try{
            	Thread.sleep(1000); //쓰레드 1초 멈춤
            } catch(InterruptedException e) {}
        } else {
        	Thread.yield() //시간 양보
        }
    }
}

public void suspend() { suspended = true; }
public void resume() { suspended = false; }
public void stop() { stopped = true; }

◼ join()

지정된 시간동안 특정 쓰레드 작업을 기다림

void join() //작업이 모두 끝날 때까지
void join(long millis) //millis/1000 동안
void join(long millis, int nanos) // millis/1000 + 나노초 동안

◻ 주의할 점

예외처리를 해야 한다.
- InterruptedException발생시 작업 재개

MyThread th1 = new MyThread();
MyThread th2 = new MyThread();

th1.start();
th2.start();

try{
	th1.join(); //main쓰레드가 th1의 작업이 끝날때를 기다림
    th2.join(); //main쓰레드가 th2의 작업이 끝날때를 기다림
} catch(InterruptedException e) {}

//th1,th2,모두 작업이 끝난뒤 실행
System.out.println("종료");

🔸 쓰레드 동기화

한 쓰레드가 진행중인 작업을 다른 쓰레드가 간섭하지 못하게 막는 것
- 간섭받지 않아야하는 문장들을 '임계영역'으로 설정
- 임계영역은 lock을 얻은 단 하나의 쓰레드만 출입 가능

◼ 동기화를 하지않을시 발생하는 문제

class Account2 {
	privaate int balanve = 1000;

	public int getBalance() {
    	return balance;
    }
    
    public void withdraw(int money) {
    	if(balance >= money){
        	try {
            	Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
            	balance -= money;
            }
        }
    }
}

class RunnableEX implements Runnable {
	Account2 acc = new Account2 ();
    
    public void run() {
    	while(acc.getBalance() > 0) {
        	// 100, 200, 300중 랜덤
        	int money = (int) (Math.random() * 3 + 1) * 100; 
            acc.withdraw(money);
            System.out.println("balance : " + acc.getBalance());
        }
    }
}

class Main {
	public static void main(String[] args){
    	//멀티 쓰레드 구현
    	Runnable r = new RunnableEX();
        new Thread(r).start();
        new Thread(r).start();
    }
}

/* 출력
balance : 900
balance : 700
balance : 600
balance : 400
balance : 200
balance : -100  // ← 한 쓰레드가 인출 전 잠들어있을 때 if문이 참이되어 오류발생
*/

//위와 같이 다른 쓰레드가 간섭하여 오류가 발생하는 경우가 생김!! - 동기화 필요

🔷 쓰레드 동기화 메소드

◼ synchronized

락(lock)을 걸어 다른 쓰레드가 접근하지 못하게 막음 (임계영역 설정)

특정한 객체에 lock을 걸고자 할 때
synchronized(객체의 참조변수){ //객체 받기
	//...
}

메소드에 lock을 걸고자 할 때

public synchronized void calcSum() { //메소드 앞에 synchronized
	//...
}

◻ 예제

public synchronized void withdraw(int money) {
	if(balance >= money) {
    	try{
        	Thread.sleep(1000);
        } catch(Exception e) {}
    	
        balance -= money;
    }
}

//위와 같은 코드
public void withdraw(int money) {
	synchronized(this) {
		if(balance >= money) {
    		try{
        		Thread.sleep(1000);
        	} catch(Exception e) {}
    	
      	  	balance -= money;
    	}
    }
}

◼ wait(), notify(), notifyAll()

동기화 효율 높이기 위해 사용
- Object클래스에 정의되어 있으며, 동기화 블럭 내에서만 사용가능

void wait() //객체의 lock을 풀고 쓰레드를 해당 객체의 waiting pool에 넣음
void notify() //waiting pool에서 대기중인 쓰레드 중 하나를 깨움
void notifyAll() //waiting pool에서 대기중인 모든 쓰레드를 깨움

◻ 예제

class Account {
	int balance = 1000;
    
    public synchronized void withdraw(int money) {
    	while(balance < money) {
        	try {
            	wait(); //대기 - lock을 풀고 기다림. 통지받으면 lock재획득
            } catch(InterruptedException e) {}
        }
        
        balance -= money;
    }
    
    public synchronized void deposit (int money) {
    	balance += money;
        notify(); //통지 - 대기중인 쓰레드 중 하나에게 알림
    }
}

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🔷 프로세스와 쓰레드

◼ 멀티프로세스 vs 멀티 쓰레드

🔷 쓰레드의 구현과 실행

◼ 쓰레드의 구현

◼ 쓰레드의 실행

◼ start()와 run()

🔷 쓰레드의 우선순위

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◼ 멀티 쓰레드의 장단점

◼ 싱글 쓰레드 vs 멀티 쓰레드

🔷 데몬 쓰레드

◼ 특징

◼ 구현

📒 쓰레드 관련 메소드

🔸 쓰레드 그룹

◼ 특징

🔷 쓰레드 그룹 메소드

🔸 쓰레드의 상태

🔷 쓰레드의 실행제어 메소드

◼ sleep()

◻ 주의할 점

◼ interrupt()

◻ 예제

◼ suspend(), resume(), stop()

◼ yield

◻ 예제

◼ join()

◻ 주의할 점

🔸 쓰레드 동기화

◼ 동기화를 하지않을시 발생하는 문제

🔷 쓰레드 동기화 메소드

◼ synchronized

◻ 예제

◼ wait(), notify(), notifyAll()

◻ 예제

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