12월 2일 TIL

💡 스레드

• 명령어가 CPU를 통해서 수행되는 객체의 단위임
  • 하나의 프로세스 안에는 반드시 1개 이상의 스레드가 존재하고 이런 스레드는 같은 프로세스에 있는 자원과 상태를 공유함
    
• 같은 프로세스 내에 있는 스레드는 같은 주소공간에 존재하게되고 동일한 데이터에 접근이 가능함
  • 하나의 스레드가 수정한 메모리는 같은 메모리를 참조하는 스레드에 영향을 미치게됨

스레드는 왜 필요해?

• 스레드는 하나의 프로세스 안에서 여러개의 루틴을 동시에 수행해서 수행능력을 향상하려고 할때 사용하게 되는데 독립적 수행으로 처리하려고 할 때 사용됨
  • 즉 여러개 작업단위로 구성된 프로그램에서 요청을 동시에 처리하기 위해 사용됨

스레드의 구성요소

• 가상 CPU: 인터프리터, 컴파일러에 의해 내부적으로 처리되는 가상코드
• 수행코드 : Thread Class에 구현되어있는 run() Method임
• 처리데이터: Thread에서 처리되는 데이터

스레드의 특징

• 프로세스 내에서 실행되는 흐름의 단위
• 각 스레드마다 call stack이 존재하고 나머지 Code, Data, Heap 영역은 스레드끼리 공유함
  • 프로세스는 다른 프로세스의 메모리에 직접 접근 할 수 없음
• 스레드는 다른 스레드와 독립적인 동작을함
  • 두개이상 실행되면 스레드의 실행과 종료순서는 예측이 불가함

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💡 싱글 스레드와 멀티 스레드

싱글 스레드

• 프로세스가 단일 스레드로 동작하는 방식임
  • 일련의 처리를 단일 스레드만으로 직렬 처리하는 프로그래밍 방법임
  • 하나의 레지스터, 스택으로 표현함 ( 자바스크립트가 대표적인 싱글스레드 언어임 )

싱글스레드의 장점

• 자원 접근에 대한 동기화를 신경쓰지 않아도 됨
• 자원 접근에 대한 동기화를 신경쓰지 않아도 되기 때문에 문맥교환 작업또한 요구하지 않음
  • 여러개의 프로세스가 하나의 프로세서를 공유할 때 발생하는 작업으로 많은 비용을 필요로함
• 프로그래밍 난이도가 쉽고 CPU 메모리를 적게 사용함

싱글 스레드의 단점

• 여러개의 CPU를 활용하지 못함
  • 하나의 물리적 코어만 사용하기 때문에 코어머신에서 CPU 사용을 최적화 할 수 없음
  • 최적화를 하기 위해선 Cluster 모듈을 이용해서 여러 프로세스를 사용 할 수는 있지만 프로세스 끼리의 자원 공유는 어려움
  • Redis와같은 부가 인프라가 필요함
• 연산량이 많은 작업을 하는 경우에 그 작업이 완료되야 다른작업을 수행 할 수 있음
• 싱글스레드 모델은 에러처리를 못하는경우에 멈춰버림
  • 멀티 스레드 모델은 에러 발생시에 새로운 스레드를 생성해서 극복이 가능

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멀티스레드

• 일반적으로 하나의 프로세스는 하나의 스레드를 가지고 작업을 수행하는데
• 멀티스레드는 둘 이상의 스레드가 동시에 작업을 수행하는걸 의미함
  • 멀티 프로세스는 여러개의 CPU를 사용해서 여러 프로세스를 동시에 수행하는걸 의미함
• 시스템 자원 활용 극대화 및 처리량 증대할 수 있어 단일 프로세스 시스템의 효율성을 높일 수 있음

멀티 스레딩의 장점

• 작업을 분리해서 수행하기 떄문에 실시간으로 사용자에게 응답이 가능함
• 한 프로세스를 여러 프로세서에서 수행할수 있음으로 훨신 효율적인

멀티 스레딩의 문제점

• 주의깊은 설계가 필요하고 디버깅이 까다로움
• 프로세스 밖에서 스레드를 각각을 제어할수가 없음
• 멀티 스레드의 경우 자원 공유의 문제가 발생함
  • 하나의 스레드에서 문제가 발생하면 프로세스 전체가 영향을 받음
• 문맥 교환 작업을 요구함
  • CPU에서 여러 프로세스를 돌아가면서 작업을 처리하는데 이 과정을 문맥교환이라고 함

💡 동시성과 병렬성의 차이

• 동시에 돌릴 수 있는 스레드 수는 컴퓨터에 있는 코어의 개수로 제한됨
  • 운영체제는 각 스레드를 시간에 따라 분할해서 여러 스레드가 일정 시간 돌아가면서 실행되게함
  • 이런 방식을 시분할이라고함