TIL - 스레드, JVM, GC

오늘은 스레드의 정의와 생성 및 실행 방법에 대해 학습했다. 학부 때도 공부했던 내용인데, 그때도 조금 낯설었던 기억이 난다. 간단히 리뷰해 보도록 하겠다.

 

 

❓스레드란 무엇인가

작업 관리자를 들어가보면  현재 실행 중인 애플리케이션 즉, 프로세스 목록을 확인할 수 있다. 이때, 프로세스 내에서 실행되는 소스 코드의 실행 흐름을 스레드라 한다.

 

 

❓메인 스레드란?

자바 애플리케이션을 실행하면 가장 먼저 실행되는 스레드로 메인 스레드가 main 메서드를 실행시켜 준다(매일 사용하는 public static void main~). 메인 스레드는 main 메서드의 코드르를 처음부터 끝가지 순차적으로 실행시키며, 코드의 끝을 만나거나 return문을 만드면 실행을 종료한다. 이렇게 메인 스레드만 가지는 프로세스를 싱글 스레드 프로세스라 하며, 메인 스레드에서 또 다른 스레드를 생성해서 실행시킨다면 해당 애플리케이션은 멀티 스레드로 동작하게 된다.

 

 

❓작업 스레드 생성과 실행

자바는 객체지향 언어로 모든 코드를 클래스 안에 작성해야 한다. 따라서 스레드가 수행할 코드도 클래스 내부에 작성해주어야 하며, run()이라는 메서드내에 스레드가 처리할 코드를 작성해야 한다.

 

run() 메서드는 Runnable 인터페이스와 Thread 클래스에 정의되어져 있다.

보이는 것처럼 Thread 클래스는 Runnable 인터페이스를 implements 하고 있다.

따라서 우리는 다음  2가지 방법으로 작업 스레드를 생성하고 실행 가능하다.

 

1. Runnable 인터페이스를 구현한 객체에서 run()을 구현하여 스레드를 생성하고 실행하는 방법

2. Thread 클래스를 상속받은 하위 클래스에서 run()을 구현하여 스레드를 생성하고 실행하는 방법

 

 

 

방법1)

public class RunnableThreadExample {
    public static void main(String[] args) {
        //Runnable 구현 객체를 인자로 전달하면서 Thread 클래스를 인스턴스화 하여 스레드 생성
        Thread thread1 = new Thread(new ThreadTask1());
        thread1.start();
    }
}

class ThreadTask1 implements Runnable{
    public void run(){
        for(int i=0;i<100;i++){
            System.out.print("#");
        }
    }
}

 

 

방법2)

package codeStates.thread;

public class ThreadClassExample {
    public static void main(String[] args) {
        //Thread 클래스를 상속받은 클래스를 인스턴스화하여 스레드를 생성
        ThreadTask2 thread2 = new ThreadTask2();

        thread2.start();

        for (int i = 0; i < 100; i++) System.out.print("@");
        
    }
}

//Thread 클래스를 상속받는 클래스 작성
class ThreadTask2 extends Thread{
    public void run(){
        for(int i=0;i<100;i++) System.out.print("#");
    }
}

 

 

또, 익명 객체를 사용해서도 스레드를 생성하고 실행하는 것이 가능하다.

 

 

 

방법3) Runnable 익명 구현 객체를 활용한 스레드 생성하고 실행하기

package codeStates.thread;

//익명 객체를 사용하여 스레드 생성 및 실행
public class AnonymousObjectThreadExample {
    public static void main(String[] args) {
        
        //익명 Runnable 구현 객체를 활용하여 스레드 생성
        Thread thread3=new Thread(new Runnable(){
            public void run(){
                for(int i=0;i<100;i++) System.out.print("#");
            }
        });

        thread3.start();

        for(int i=0;i<100;i++) System.out.print("@");
        
    }
}

 

 

방법4) Thread 익명 하위 객체를 활용한 스레드 생성 및 실행

package codeStates.thread;

//익명 객체를 사용하여 스레드 생성 및 실행
public class AnonymousObjectThreadExample {
    public static void main(String[] args) {

        //2.Thread 익명 객체를 활용한 스레드 생성
        Thread thread4=new Thread(){
            public void run(){
                for (int i = 0; i < 100; i++) System.out.print("*");

            }
        };

        thread4.start();


    }
}

 

 

 

 

 

❓스레드 동기화란?

멀티 스레드 프로세스의 경우, 두 스레드가 동일한 데이터를 공유하게 되어 문제가 발생할 수 있으므로, 동기화 처리를 해줘야 한다. 스레드 동기화에는 임계영역과 락이라는 개념이 있는데 우선, 임계영역은 오로지 하나의 스레드만 코드를 실행할 수 있는 코드 영역을 말하며, 락은 임계 영역을 포함하고 잇는 객체에 접근할 수 있는 권한을 의미한다. 즉, 임계 영역으로 설정된 객체가 다른 스레드에 의해 작업이 이루어지고 있지 않을 때, 임의의 스레드 A는 해당 객체에 대한 락을 획득하여 임계 영역의 코드를 실행할 수 있다. 이때, 스레드가 A가 임계 영역 내의 코드를 실행 중일때에는 다른 스레드들은 락이 없으므로 이 객체의 임계 영역 내의 코드를 실행할 수 없다. 이후, 스레드 A가 임계 영역 내의 코드를 모두 실행하면 락을 반납. 이때 부터는 다른 스레드들 중 하나가 락을 획득하여 임계 영역 내의 코드를 실행 가능한 것이다. 즉, 우리는 임계 영역을 설정하여 스레드 동기화 처리를 할 수 있다.

 

동기화 예제 코드)

package codeStates.thread;

//스레드 동기화 예제
public class ThreadSynchronizationExample {
    public static void main(String[] args) {
        Runnable threadTask3 = new ThreadTask3();
        Thread thread3_1 = new Thread(threadTask3);
        Thread thread3_2 = new Thread(threadTask3);

        thread3_1.setName("김코딩");
        thread3_2.setName("박자바");

        thread3_1.start();
        thread3_2.start();
    }
}

class Account{
    private int balance = 1000;

    public int getBalance(){
        return balance;
    }
    //동기화 처리 1) 메서드 전체를 임계 영역으로 지정
//    public synchronized boolean withdraw(int money){
//        if(balance>=money){
//            try{ Thread.sleep(1000);} catch(Exception error){}
//            balance -= money;
//            return true;
//        }
//        return false;
//    }

    //동기화 처리 2) 특정한 영역을 임계 영역으로 지정하기
    public boolean withdraw(int money){
        synchronized (this){
            if(balance>=money){
                try{ Thread.sleep(1000);} catch(Exception error){}
                balance -= money;
                return true;
            }
        }
        return false;
    }
}

class ThreadTask3 implements Runnable {
    Account account = new Account();

    @Override
    public void run() {
        while(account.getBalance()>0){
            //100~300원의 인출금을 랜덤으로 정함.
            int money = (int) (Math.random() * 3 + 1) * 100;

            //withdraw를 실행시키는 동시에 인출성공 여부를 변수에 할당
            boolean denied = !account.withdraw(money);

            //인출 결과 확인
            System.out.println(String.format("Withdraw %d원 By %s. Balancce : %d %s",
                    money, Thread.currentThread().getName(), account.getBalance(),denied));
        }
    }
}

 

 

 

 

❓스레드의 상태와 실행 제어

앞에서 스레드를 실행하는 데 start() 메서드를 사용했으나, 엄밀히 말하면 start()는 스레드를 바로 실행시키는 메서드는 아니다. start()는 스레드의 상태를 '실행 대기 상태'로 만들어주는 메서드이며, 어떤 스레드가 start()에 의해 실행 대기 상태가 되면 운영체제가 적절한 때에 스레드를 실행시켜 준다.

그 밖에 스레드 실행 제어 메서드 몇 가지를 알아보자.

 

• static void sleep(long  millis) : milliSecond 동안 스레드를 잠시 멈춤. 지정한 시간만큼 정확히 스레드가 중지되는 것은 아니고, 약간의 오차가 있다. sleep()에 의해 일시정지된 스레드는 인자로 전달한 시간 만큼의 시간이 경과되거나, interrupt()를 호출한 경우 실행 대기 상태로 복귀한다. (interrupt()가 호출되는 기본적으로 예외가 발생하기 때문에, sleep()을 사용할 때에는 try..catch문으로 감싸주어야 한다.)
• void interrupt() : 일시 중지 상태인 스레드를 실행 대기 상태로 복귀. sleep(), wait(), join()에 의해 일시 정지 상태에 있는 스레드들을 실행 대기 상태로 복귀시킨다. 
• static void yield() : 다른 스레드에게 자신의 실행 시간을 양보한다. 예를 들어, 운영체제의 스케줄러에 의해 3초를 할당받은 스레드 A가 1초 동안 작업을 수행하다가 yield를 호출하면 남은 실행 시간 2초는 다음 스레드에게 양보된다. 
• void join(), void join(long millis) : join()은 특정 스레드가 작업하는 동안에 자신을 일시 중지 상태로 만드는 상태 제어 메서드이다. 인자로 시간을 밀리초 단위로 전달할 수 있으며, 전달한 인자만큼의 시간이 경과하거나, interrupt()가 호출되거나, join() 호출 시 지정했던 다른 스레드가 모든 작업을 마치면 다시 실행 대기 상태로 복귀한다.
• void wait()(Object에 위치), void notify() (Object에 위치) : 스레드 A와 스레드 B가 공유 객체를 두고 협업하는 상황에서 먼저 스레드A가 공유 객체의 자신의 작업을 완료하고 B와 교체하기 위해 notify()를 호출한다. notify()가 호출되면 스레드 B가 실행 대기 상태가 되며, 곧 실행된다. 이어서 스레드 A는 wait()를 호출하여 자기 자신을 일시정지 상태로 만든다. 이후 스레드B가 작업을 완료하면 notify()를 호출하여 작업을 중단하고 있던 스레드 A를 다시 실행 대기 상태로 복귀시킨 후, wait()를 호출하여 자기 자신의 상태를 일시 정지 상태로 전환한다.

 

 

 

 

JVM과 GC는 다음 포스팅에서 더 자세히 써두었다.

 

 

 

 

 

https://nothing-is-on-my-way.tistory.com/52

💜JVM와 GC(Garbage Collector)