Thread에 대해서 오래전에 정리했던 적이 있다. 하지만 일을 하다가.. 아직도 Thread에 대해서 잘모른다는 느낌이 들어서 더 자세하게 다시한번 정리를 하고자 한다.
https://codingstudy95.tistory.com/67
스레드
사전적 의미로 한 가닥의 실이라는 뜻으로 한가지 작업을 실행하기 위해 순차적으로 실행할 코드를 실처럼 이어놓았다고 해서 유래된 이름이다. 하나의 스레드는 하나의 코드 실행 흐름이므로
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스레드란 무엇인가!!?
자바에서 Thread(스레드)는 프로그램 내에서 동시에 실행되는 작업의 단위를 의미한다. 회사에서 여러 사람이 각자의 다른 일을 동시에 하는 것과 마찬가지로, 스레드는 하나의 프로그램 안에서 여러 작업을 동시에 처리할 수 있도록 해준다.
(예: 데이터 처리, 사용자 요청 처리, 파일 입출력 등)
- 단일 스레딩 : 한 사람이 모든 일을 순서대로 처리하는 것 -> 모든 작업이 순차적으로 처리되므로, 하나의 작업이 오래 걸리면 다른 작업들도 지연된다.
- 멀티스레딩 : 여러 사람이 동시에 각자 일을 분담해서 처리하는 것 -> 여러 스레드가 동시에 작업을 처리하여, 한 작업이 늦어도 다른 작업은 계속 진행될 수 있다.
그럼 자바에서는 왜 멀티스레딩이 필요할까?
식당에서 한 사람이 모든 요리를 한다면 주문이 많은 경우 오래 걸리겠지만, 여러 요리사가 동시에 각자 다른 요리를 준비하면, 음식이 빨리 준비되는것과 비슷하다.
사용자 경험 향상
한 번에 한 작업만 처리한다면, 사용자가 어떤 요청을 할 때마다 기다려야 한다. 하지만 멀티스레딩을 사용하면, 여러 작업이 동시에 처리되어 응답 속도가 빨라지고 사용자 경험이 개선된다.
자원 활용의 극대화
컴퓨터는 여러 CPU 코어를 가지고 있는데, 멀티스레딩을 통해 이 코어들을 동시에 사용할 수 있다. 즉, 컴퓨터의 능력을 최대한 활용하여 더 빠르고 효율적으로 작업할 수 있다.
자바에서 스레드를 만들어보자 자바에서는 스레드를 만드는 방법이 두 가지 있다.
1. Thread 클래스 상속하기
// MyThread.kt
class MyThread : Thread() {
// run 메서드를 재정의하여 스레드가 실행할 작업을 정의합니다.
override fun run() {
// 스레드가 실행될 때, "Hello from MyThread!"를 5번 출력합니다.
for (i in 1..5) {
println("Hello from MyThread! - $i")
// 잠깐 멈추는 시간 (1000밀리초 = 1초)
Thread.sleep(1000)
}
}
}
fun main() {
// MyThread 클래스의 인스턴스를 생성하고, start()를 호출하면 스레드가 실행됩니다.
val thread = MyThread()
thread.start()
}- MyThread는 Thread 클래스를 상속받아 만든 새로운 스레드 클래스이다.
- run() 메서드 안에 스레드가 해야 할 일을 작성한다.
- thread.start() 를 호출하면, 새로운 스레드가 시작되어 run() 메서드의 내용이 실행된다.
2. Runnable 인터페이스 구현하기
또 다른 방법은 Runnable 인터페이스를 구현하는 것이다. 이 방법은 클래스 상속의 제약을 피할 수 있다는 장점이 있다.
// MyRunnable.kt
class MyRunnable : Runnable {
override fun run() {
// 스레드가 실행될 때, "Hello from MyRunnable!"를 5번 출력합니다.
for (i in 1..5) {
println("Hello from MyRunnable! - $i")
Thread.sleep(1000)
}
}
}
fun main() {
// Runnable 인터페이스를 구현한 MyRunnable 인스턴스를 Thread에 전달하여 실행합니다.
val runnable = MyRunnable()
val thread = Thread(runnable)
thread.start()
}- MyRunnable 은 Runnable 인터페이스를 구현하여, run() 메서드 안에 작업 내용을 정의한다.
- 이 객체를 Thread 생성자에 넘겨주고, start() 를 호출하면 스레드가 실행된다.
스레드의 생명주기와 상태
자바 스레드는 여러 상태를 가진다. 각 상태는 스레드가 어떤 작업을 하고 있는지를 나타낸다.
- New: 스레드가 생성되었지만 아직 실행되지 않은 상태
- Runnable: 실행 중이거나 실행 준비가 된 상태
- Blocked/Waiting: 다른 스레드에 의해 잠시 멈춰 있는 상태
- Timed Waiting: 일정 시간 후에 다시 실행될 상태
- Terminated: 스레드의 작업이 모두 끝난 상태
한 사람이 일어나서 출근 준비를 하는 것처럼, 스레드도 만들어진 후 실행 준비, 작업 중, 대기, 그리고 작업 종료의 과정을 거친다.
근데 문제가 발생할 수 있다. 멀티스레딩에서 여러 스레드가 동시에 같은 데이터를 수정하려 할 때 문제가 발생할 수 있다.
이를 경쟁 조건 (Race Condition) 이라고 하며, 이를 해결하기 위해 동기화(Synchronization) 를 사용한다.
예를 들어 콘서트 티켓을 예매할때 한 좌석을 동시에 두명이 예매하려고 할때 좌석을 누구에게 할당해야 할까? 이런 문제를 해결하려면, 한 사람이 작업을 끝낼 때까지 기다리도록 해야 한다.
synchronized 키워드 사용 예제
class Counter {
var count: Int = 0
// synchronized를 사용해 여러 스레드가 동시에 count를 수정하지 않도록 보호합니다.
@Synchronized
fun increment() {
count++
}
}
fun main() {
val counter = Counter()
val threads = mutableListOf<Thread>()
// 10개의 스레드를 생성하여 동시에 increment()를 호출합니다.
for (i in 1..10) {
val thread = Thread {
for (j in 1..1000) {
counter.increment()
}
}
threads.add(thread)
thread.start()
}
// 모든 스레드가 끝날 때까지 대기합니다.
threads.forEach { it.join() }
// 10개의 스레드가 각각 1000번씩 increment했으므로, 최종 결과는 10000이어야 합니다.
println("최종 count: ${counter.count}") // 결과: 10000
}- @Synchronized 어노테이션을 사용해 increment() 메서드에 동시에 접근하는 것을 막는다.
- 여러 스레드가 동시에 increment() 를 호출해도, 동기화 덕분에 안전하게 실행된다.
내가 회사에서 일하면서 실제로 겪은 스레드 문제가 있다.
경쟁 조건과 데드락
- 경쟁조건 : 여러 스레드가 동시에 데이터를 수정할 때 예상치 못한 결과가 발생하는것
- 데드락(DeadLock) : 두 스레드가 서로 상대방이 가진 자원을 기다리면서 무한 대기에 빠지는 상황이다.
동기화 블록이나 Lock 객체를 사용해, 자원에 접근하는 순서를 잘 관리해야 한다.
실제로 데드락에 빠지는 로직을 개발하여 정말..난리 난리가 났었던...일이...후..
스레드 풀 (Thread Pool)
매번 새로운 스레드를 생성하는 대신, 미리 일정 개수의 스레드를 만들어 두고 재사용하는 방법. 스레드의 생성 비용을 줄이고, 시스템 자원을 효율적으로 사용할 수 있다.
import java.util.concurrent.Executors
fun main() {
// 고정 크기의 스레드 풀 생성 (3개의 스레드)
val executor = Executors.newFixedThreadPool(3)
// 10개의 작업을 스레드 풀에 제출합니다.
for (i in 1..10) {
executor.submit {
println("작업 $i 시작: ${Thread.currentThread().name}")
Thread.sleep(1000)
println("작업 $i 완료: ${Thread.currentThread().name}")
}
}
// 스레드 풀 종료
executor.shutdown()
}- Executors.newFixedThreadPool(3)를 통해 3개의 스레드로 이루어진 풀을 생성한다.
- 여러 작업이 동시에 제출되지만, 동시에 최대 3개 작업만 실행되고 나머지는 대기한다.
사용자 관점에서 한번 생각해보자
대부분의 웹 애플리케이션에서는 사용자가 데이터를 수정하고 저장을 누르면, 스레드 풀(Thread Pool) 에서 미리 만들어진 스레드 중 하나가 해당 요청을 처리한다.
즉, 사용자가 콘텐츠를 수정하고 저장 버튼을 클릭하면
- 웹 서버는 이미 생성되어 대기 중인 스레드 풀에서 하나의 스레드를 할당한다
- 해당 스레드가 수정 작업 로직을 실행하고
- 작업이 완료되면 그 스레드는 스레드 풀로 돌아가 재사용된다.
이제 스레드에 대해 확실히 알게 된 것 같다.
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