자바 multi-threading 이란

1. 자바에서 멀티 스레딩(Multi-threading)에 대해 알아 보자.

자바에서 멀티 스레딩(Multi-threading)은 프로그램의 여러 부분이 동시에 실행되도록 하는 기술입니다. 이를 통해 자원의 효율적 사용과 응용 프로그램의 반응성 향상을 달성할 수 있습니다. 멀티 스레딩은 하나의 프로세스 내에서 여러 개의 스레드를 생성하여 각 스레드가 작업을 수행하도록 함으로써 병렬 처리를 가능하게 합니다.

정리

• 여러 thread가 동시에 수행되는 프로그래밍, 여러 작업이 동시에 실행되는 효과
• thread는 각각 자신만의 작업 공간을 가짐 ( call Stack )
• 각 thread 사이에서 공유하는 자원이 있을 수 있음 (자바에서는 static instance)
• 여러 thread가 자원을 공유하여 작업이 수행되는 경우 서로 자원을 차지하려는 race condition이 발생할 수 있음
• 이렇게 여러 thread가 공유하는 자원중 경쟁이 발생하는 부분을 critical section 이라고 함
  

critical section에 대한 동기화( 일종의 순차적 수행)를 구현하지 않으면 오류가 발생할 수 있음

멀티 스레딩의 장점

• 자원의 효율적 사용: CPU 사용률을 향상시키고 자원을 효율적으로 사용할 수 있습니다.
• 응용 프로그램의 반응성 향상: 긴 작업을 처리하는 동안 사용자 인터페이스가 멈추지 않고 반응할 수 있습니다.
• 병렬 작업: 여러 하드웨어 코어를 활용하여 작업을 병렬로 처리할 수 있어 실행 시간을 단축시킵니다.

주의사항

멀티 스레딩 환경에서는 여러 스레드가 동일한 자원에 동시에 접근할 때 발생할 수 있는 문제들(예: 경쟁 상태, 교착 상태)을 고려해야 합니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 자바는 동기화(synchronization) 메커니즘을 제공합니다.

2. 멀티 Thread 프로그래밍에서의 동기화란?

동기화 (synchronization)란

● 두 개의 thread 가 같은 객체에 접근 할 경우, 동시에 접근 함으로써 오류가 발생

● 동기화는 임계영역에 접근한 경우 공유자원을 lock 하여 다른 thread의 접근을 제어

● 자바에서는 synchronized 메서드나 synchronized 블럭을 사용

해결 방안

● synchronized 메서드

객체의 메소드에 synchronized 키워드 사용

현재 이 메서드가 속해있는 객체에 lock을 건다.

● synchronized 블럭

현재 객체 또는 다른 객체를 lock으로 만든다

package thread;

import lombok.Getter;
import lombok.Setter;
import lombok.ToString;

@Getter
@Setter
@ToString
public class BankAccount {

    private int money = 100_000;

    // 기능 -> 입금, 출금

    // 입금 기능
    // synchronized --> 동기화
    public synchronized void  saveMoney(int money) {
        // 현재 금액을 지역 변수에 저장
        int currentMoney = getMoney();
        try {
            Thread.sleep(3000);
        } catch (InterruptedException e) {
            throw new RuntimeException(e);
        }
        // 10만원 + 3만원 = 13만원
        setMoney(currentMoney + money);
        System.out.println("입금후 현재 계좌 잔액 : " + getMoney());
    }

    // 출금 기능
    public int withDraw(int money) {
        // 블럭을 사용해서 동기화 처리
        synchronized (this) {
            int currentMoney = getMoney();

            try {
                Thread.sleep(1000);
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
            // 만약 10만원에서 1만원 출금하면 9만원이 남아야 한다.
            // 방어적 코드 생략
            setMoney(currentMoney - money);
            System.out.println("출금 후 현재 계좌 잔액 : " + getMoney());
            return money;
        }
    }

}

package thread;

public class Father extends Thread {

    BankAccount bankAccount;

    public Father(BankAccount bankAccount) {
        this.bankAccount = bankAccount;
    }

    @Override
    public void run() {
        // 입금 처리
        bankAccount.saveMoney(10_000);
    }
}

package thread;

public class Mother extends Thread {

    BankAccount bankAccount;

    public Mother(BankAccount bankAccount) {
        this.bankAccount = bankAccount;
    }

    @Override
    public void run() {
        // 출금
        bankAccount.withDraw(5_000);
    }
}

package thread;

public class Main {

    // 메인 쓰레드
    public static void main(String[] args) {
        // 최초 10만원을 가지고 있음
        BankAccount bankAccount = new BankAccount();

        Father father = new Father(bankAccount);
        Mother mother = new Mother(bankAccount);

        // 아버지가 먼저 입금을 한다 (1만원)
        father.start();
        // 어머니가 장을 보기위해 출금한다 (5천원)
        mother.start();
        // 10만원  + 1만원 - 5천원 = 10만5천원 ...

    } // end of main
}

BankAccount 객체를 두 쓰레드가 같이 써서 문제 가능성이 있는 거고, 서로 다른 객체였다면 이런 충돌은 생기지 않았다.