[Java] 스레드(thread) - run, start, I/O블락킹, setPriority

스레드란?

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스레드는 프로세스를 구성하는 실행의 흐름 단위

 

프로세스는 여러 개의 스레드를 가질 수 있습니다. 스레드를 이용하면 하나의 프로세스에서 여러 부분을 동시에 실행할 수 있습니다. 

 

멀티 프로세스 vs  멀티스레드

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멀티프로세스는 여러 프로세스를 동시에 실행하는 것을 말하고, 멀티스레드는 여러 스레드로 프로세스를 동시에 실행하는 것을 말한다. <<혼자 공부하는 컴퓨터구조 운영체제, p. 307>>

 

위의 설명으로는 큰 차이가 없는 것처럼 보이지만, 양자에는 중요한 차이점이 존재한다.

 

프로세스는 메모리의 코드 영역, 데이터 영역, 힙 영역 등을 비롯한 모든 자원이 복제되어 메모리에 적재된다. 

스레드는 코드 영역, 데이터 영역, 힙 영역 등을 비롯한 주요 자원을 공유한다. 

 

스레드는 자원 공유를 통해서 '메모리를 더 효율적으로 사용할 수 있다'라는 장점을 가진다. 

반면에, 자원을 공유하기 때문에 '동기화와 교착상태'같은 문제가 발생할 수 있다는 단점을 가진다. 

 

자바 코드를 실행하면서 어떤 문제가 발생하는지 살펴보자. 

 

자바에서 스레드는 어떻게 구현할 수 있나?

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스레드를 구현하는 방법은 크게 두 가지이다. 

 

1. Thread클래스를 상속받는 방법 

2. Runnable인터페이스를 구현하는 방법

 

1번 방법은 다음과 같이 사용한다. 

//Thread클래스 run()을 오버라이딩

class MyThread extends Thread {
	public void run() {
    //작업내용
    }
}

/*중략*/

MyThread t = new MyThread();
t.start();

 

2번 방법은 다음과 같이 사용한다. 

class MyThread implements Runnable {
	public void run() {
    //작업 내용
    }
}

/* 중략 */

Runnable r = new MyThread();
Thread t = new Thread(r); // 생성자 매개변수로 r을 줌
t.start();

 

어느 쪽이든 run()의 몸통{}을 구현한다는 점에서는 동일하다. 

 

스레드의 단점은?

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public class Ex13_1 {
  public static void main(String[] args) {
    ThreadEx1_1 t1 = new ThreadEx1_1();
    t1.start();

    Runnable r = new ThreadEx1_2();
    Thread t2 = new Thread(r);
    t2.start();
  }
}

class ThreadEx1_1 extends Thread{
  public void run(){
    for(int i = 0; i < 100; i++){
      System.out.print(0);
    }
  }
}

class ThreadEx1_2 implements Runnable {
  public void run(){
    for(int i = 0; i < 100; i++){
      System.out.print(1);
    }
  }
}

 

1번 방법과 2번 방법을 동시에 실행하였다. 기존의 코드에서는 t1.start()와 t2.start()가 순차적으로 실행되었다. 하지만, 스레드를 사용하면 t1.start()와 t2.start()가 동시에 실행된다. 그 결과를 아래를 통해 확인할 수 있다. 

00000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000000001111111100000001111100000000000000000000000000111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111111

 

 

스레드의 특징은 어떤 코드가 먼저 실행될 지 알 수 없다. (예측은 가능하다) 

게다가 두 코드가 모두 같은 자원을 이용하기 때문에 결과가 섞여서 나온다. 

그리고 규칙성이 존재하지 않다는 것도 중요하다. 실행 순서는 OS의 스케쥴러에 따른다. 

 

왜 run이 아니라 start를 사용할까?

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1. run()을 구현했지만, 코드에서는 start()를 사용한다. 이는 start()가 새로운 호출 스택을 생성하여 거기에 run()을 호출하기 때문이다. 

2. start()는 한 번만 호출할 수 있다. 다시 실행하면 IllegalThreadStateException이 발생한다. 

3. 만약 다시 호출하고 싶으면 아래처럼 새로운 스레드를 생성한 뒤에 호출해야한다. 

ThreadEx1_1 t1 = new ThreadEx1_1();
t1.start();

t1 = new ThreadEx1_1();
t1.start();

 

start()는 호출스택을 생성하여 그 다음에 run()을 호출하여 생성된 호출 스택에 run()이 첫 번째로 올라가게 한다. 

즉, start()를 실행해야 main 스레드와 run()이 독립된 공간에서 작업을 수행할 수 있게 된다. 

 

참고로, main메서드가 수행을 마쳤더라도 다른 스레드가 작업중이면 프로그램은 종료되지 않는다. 

 

멀티스레드는 싱글스레드보다 느릴 수 있다?

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멀티스레드는 동시에 작업이 처리되는 것처럼 보이지만, 실제로는 작업을 번갈아 작업을 수행한다. 그래서 싱글스레드와 멀티스레드의 속도는 거의 차이가 나지 않고, 오히려 단순 작업의 경우에는 싱글스레드가 작업 속도가 더 빠를 수 있다. 왜냐하면, 스레드가 작업을 번갈아하기 전에 작업 전환(context switching)이 이루어지기 때문이다. 

 

멀티스레드는 그럼 언제 효율적일까?

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그러면 멀티스레드를 사용하면 얻는 장점은 무엇일까? 바로 서로 다른 자원을 사용하는 작업의 경우에 높은 효율을 주기 때문이다.

 

예를들어, 작업 A와 작업 B 사이에 사용자로부터 무언가 입력을 받는다고 가정하자. 싱글스레드의 경우에는, 작업 B가 실행되지 못하고 입력을 기다릴 수 밖에 없다. 반면에, 멀티스레드는 작업 B가 입력과 별개로 작업시 수행될 수 있어서 싱글보다 훨씬 짧은 시간에 작업을 마칠 수 있다. 

public class Ex13_5 {
  public static void main(String[] args) {
    ThreadEx5_1 th1 = new ThreadEx5_1();
    th1.start();

    String input = JOptionPane.showInputDialog("아무 값이나 입력하세요");
    System.out.println("입력하신 값은 " + input + "입니다");
  }
}

class ThreadEx5_1 extends Thread {
  public void run(){
    for(int i=10; i > 0; i--){
      System.out.println(i);
      try {
        sleep(1000);
      } catch(Exception e) {}
    }
  }
}

 

위는 이를 보여주는 코드 중의 하나이다. 

JOptionPane.showInputDialog로 인해 아래와 같은 입력창이 뜬다. 

그런데 입력을 하는 동안 ThreadEx5_1 스레드가 실행되어 카운트 다운을 한다. 

10
9
8
7
6
입력하신 값은 가나다입니다
5
4
3
2
1

 

싱글 스레드였으면 사용자가 입력을 할 때까지 카운트 다운이 실행되지 않았을 것이다. 

 

스레드에 우선순위를 부여하기

void setPriority(int newPriority) 스레드에 우선순위 부여 
int getPriority() 스레드의 우선순위를 반환

 

자바에서는 코드에 우선순위를 부여할 수 있다. 값은 1~10까지 부여가 가능하고, 높은 숫자를 부여받을수록 우선순위가 높다. 만약, 따로 지정하지 않았으면 우선순위는 5(기본값)이다. 

 

하지만!!

스레드의 작동은 자바 가상 머신(JVM)보다 OS의 스케쥴러에 더 영향을 받아서 생각보다 큰 효과가 없을 수 있다.