Java - 스레드(Thread)

스레드(Thread)

• 프로그램이 실행되면 OS로 부터 메모리를 할당받아 프로세스 상태가 됨
• 하나의 프로세스는 하나 이상의 thread를 가지게 되고, 실제 작업을 수행하는 단위는 thread임

multi-threading

• 여러 thread가 동시에 수행되는 프로그래밍, 여러 작업이 동시에 실행되는 효과
• thread는 각각 자신만의 작업 공간을 가짐 ( context )
• 각 thread 사이에서 공유하는 자원이 있을 수 있음 shared memory (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

자바 Thread 만들기

1️⃣ Thread클래스를 상속받아 만들기

class MyThread extends Thread{
	public void run() {
		int i;
		for(i=1; i<=200; i++) {
			System.out.print(i+"\t");
		}
	}
}

Thread클래스를 상속받아 thread를 생성할 수 있다. 만든 thread를 실행해보자

public class ThreadTest {

	public static void main(String[] args) {
System.out.println(Thread.currentThread()+"start");
		MyThread th1 = new MyThread();
		MyThread th2 = new MyThread();

		th1.start();
		th2.start();
		System.out.println(Thread.currentThread()+"end");
	}
}

Thread[main,5,main]

• 첫 번째 main은 thread를 호출한 메서드
• 두 번째 숫자는 thread의 우선순위
• 세 번째 main은 thread가 속해있는 그룹

출력 결과를 보면 thread가 번갈아가면서 실행되고 있음을 알 수 있다.

2️⃣ Runnable 인터페이스를 구현해서 만들기

• 자바는 다중 상속을 할 수 없으므로 클래스가 이미 다른 클래스를 상속했다면, Runnable 인터페이스를 구현하는 방법이 있다.
• Thread에는 Runnable 객체를 넣는 생성자가 있기 때문에 이를 활용하면 된다.

class MyThread implements Runnable{

    @Override
    public void run(){
        int i;
        for(int i = 1; i<=200; i++){
            System.out.print(i="\t");
        }
    }
}

public class ThreadTest {

	public static void main(String[] args) {
	MyThread runnable = new MyThread();
    Thread th = new Thread(runnable);
}

Thread Status

Not Runnable 상태로 보내는 메서드

• sleep(time)
• wait() : 스레드 t1이 어떤 공유 자원 s를 사용해야하는데 다른 스레드가 s를 이미 사용하고 있을 경우 wait()를 실행시킨다. 다른 스레드가 s를 다 사용하면 notify()로 다시 Runnable되게 만든다.
• join : 해당 스레드를 실행하는데 다른 스레드의 결과값등이 필요할 경우 다른 스레드가 종료될 때까지 기다린다.

Thread 우선순위

우선순위가 높다고 반드시 먼저 실행되는건 아니다. 실행될 확률이 높을 뿐임

• Thread.MINPRIORITY(=1) ~ Thread.MAXPRIORITY(=10)
• 디폴트 우선순위 : Thread.NORMAL_PRIORITY(=5)
• setPriority()/getPriority()

두 개의 스레드가 협력해야 할 경우

• 1부터 100까지의 수를 더 하고 싶은데 이걸 두 개의 스레드가 나눠서 일을 한다고 생각해보자.
• 스레드 t1은 run()에서 1부터 50까지 더한 수를 저장하고,
• 스레드 t2는 run()에서 51부터 100까지 더한 수를 저장한다.
• 두 스레드를 run() 한 후, 결과값을 더해 1부터 100까지 수를 더한 값을 알아내는 코드를 작성해보자.

class JoinThread extends Thread{

	int start;
	int end;
	int total;

	JoinThread(int start, int end){
		this.start = start;
		this.end = end;
	}
	public void run() {
		for(int i = start; i<= end; i++) {
			total += i;
		}
	}


}

public class JoinTest {

	public static void main(String[] args) {
		JoinThread t1 = new JoinThread(1, 50);
		JoinThread t2 = new JoinThread(51, 100);
		t1.start();
		t2.start();
		int lastTotal = t1.total + t2.total;
		System.out.println("t1.total = " + t1.total);
		System.out.println("t2.total = " + t2.total);
		System.out.println("lastTotal = " + lastTotal);

	}

}

예상 출력값은

t1.total = 1275

t1.total = 3775

lastTotal = 5050

이지만 실제 출력값은 아래와 같았다.

t1.total = 1275

t1.total = 3775

lastTotal = 0

😮 왜... 이런일이?

기대 출력값과 달랐던 이유는 코드를 순차적으로 작성한 것과 실제 os에서 스레드를 종료시키는 시점이 같지 않기 때문이다.

이전 스레드 실행 예시를 보면, 스레드가 실행되는 시점은 코드가 정해도, 스레드마다 번갈아가며 cpu를 배분받기 때문에 종료 시점은 정확히 알 수 없다.

그렇기에 위 출력의 경우 lastTotal의 값을 할당받는 시점에서 두 스레드 t1과 t2가 start되긴 했지만 t1의 run()과 t2의 run()메서드는 종료되기 전이었기에 원하는 값이 나오지 않았던 것이다. 각각의 total값이 아직 0이었기 때문에 lastTotal에 0이 들어갔다.

스레드마다 우선순위를 부여한다고 해도 스레드 종료 시점은 정확히 예측할 수 없기때문에 원하는 값이 나온다고 장담할 수 없다.

위 출력결과외에 아래와 같은 경우도 당연히 일어날 수 있다.

t1.total = 0
t2.total = 0
lastTotal = 0

t1.total = 1275
t2.total = 0
lastTotal = 1

t1.total = 0
t2.total = 3775
lastTotal = 0

📌 join()

이처럼 어떤 스레드를 실행하기 위해 다른 스레드의 결과값이 필요한 경우라면 join()을 사용해 해결할 수 있다.

• 동시에 두 개 이상의 Thread가 실행 될 때 다른 Thread의 결과를 참조 하여 실행해야 하는 경우 join() 함수를 사용
• join() 함수를 호출한 Thread가 not-runnable 상태가 감
• 다른 Thread의 수행이 끝나면 runnable 상태로 돌아옴

public class JoinTest {

	public static void main(String[] args) {
		JoinThread t1 = new JoinThread(1, 50);
		JoinThread t2 = new JoinThread(51, 100);
		t1.start();
		t2.start();

        try {
			t1.join();
			t2.join();
		} catch (InterruptedException e) {
			// TODO Auto-generated catch block
			e.printStackTrace();
		}

		int lastTotal = t1.total + t2.total;
		System.out.println("t1.total = " + t1.total);
		System.out.println("t2.total = " + t2.total);
		System.out.println("lastTotal = " + lastTotal);

	}

}

위처럼 t1과 t2의 join()을 실행시키면 t1과 t2의 스레드 수행이 끝날 때까지 main thread를 Non-Runnable하게 만들게됐다는 의미이다. join()은 해당 스레드의 수행이 끝날 때까지 호출한 스레드가 기다리지만 interrupt를 날려줄 경우에는 강제로 기다리는걸 멈추게 할 수도 있다. 그러므로interrupt에 대한 예외처리도 반드시 해줘야한다.

Interrupt 메카니즘

join()을 사용하면 우리가 원하던 대로 출력이 잘 되는 것을 볼 수 있다.

📌 interrupt()

• 다른 Thread에 예외를 발생시키는 interrupt를 보낸다.
• Thread가 join(), sleep(), wait() 함수에의해 not-runnable 상태일 때 interrupt() 메서드를 호출하면 다시 runnable 상태가 될 수 있음

Thread 종료하기

• flag변수를 사용한다.

Thread 종료 예제

  세 개의 thread를 만든다.
  각각 무한 루프를 수행하게 한다.
  작업 내용 this.sleep(100);

  ‘A’ 를 입력 받으면 첫 번째 thread를
  ‘B’ 를 입력 받으면 두 번째 thread를
  ‘C’ 를 입력 받으면 세 번째 thread를
  ‘M’을 입력 받으면 모든 thread와 main() 함수를 종료한다

public class TerminateThread extends Thread{

	private boolean flag = false;
	int i;

	public TerminateThread(String name){
		super(name);
	}

	public void run(){


		while(!flag){
			try {
				sleep(100);
			} catch (InterruptedException e) {
				// TODO Auto-generated catch block
				e.printStackTrace();
			}
		}

		System.out.println( getName() + " end" );

	}

	public void setFlag(boolean flag){
		this.flag = flag;
	}


	public static void main(String[] args) throws IOException {

		TerminateThread threadA = new TerminateThread("A");
		TerminateThread threadB = new TerminateThread("B");
		TerminateThread threadC = new TerminateThread("C");

		threadA.start();
		threadB.start();
		threadC.start();

		int in;
		while(true){
			in = System.in.read();
			if ( in == 'A'){
				threadA.setFlag(true);
			}else if(in == 'B'){
				threadB.setFlag(true);
			}else if( in == 'C'){
				threadC.setFlag(true);
			}else if( in == 'M'){
				threadA.setFlag(true);
				threadB.setFlag(true);
				threadC.setFlag(true);
				break;
			}else{
				System.out.println("type again");
			}
		}

		System.out.println("main end");

	}
}

Thread 생성자안에 String을 넣으면 해당 Thread의 이름이 된다.