[JAVA] 11 - 쓰레드, 멀티태스킹

12장 쓰레드와 멀티태스킹

12.1 쓰레드(Thread)

(1) 멀티태스킹(multi-tasking)의 개념

• 프로세스: 실행 중인 프로그램의 단위
  • 컴퓨터에서 프로그램을 실행하면 적어도 하나 이상의 프로세스가 동작하게됨 
  • 디스크에 있는 프로그램이 메모리에 적재되어 운영체제의 제어를 받는 상태를 의미함
  • 자신만의 자원을 가지기 때문에 프로세스끼리는 서로 독립적
• 멀티태스킹: 여러 개의 작업(태스크)을 동시에 처리함
  • 멀티 코어 CPU: 다수의 응용 프로그램을 동시에 병렬처리함
  • 싱글 코어 CPU: 운영체제가 응용 프로그램을 병행처리함
  • 멀티 프로세싱(multi-processing) / 멀티-쓰레딩(multi-threading)

(2) 쓰레드

• 쓰레드: 프로그램 코드를 이동하면서 실행하는 하나의 제어
  • 프로세스에 있는 리소스(resource)를 공유하는 프로그램의 실행 단위
  • 단일 프로세스에서 여러 개의 쓰레드가 존재할 수 있음
  • 하나의 실행 흐름으로 프로세스의 내부에 존재함
  • 하나의 프로세스는 하나 이상의 실행 흐름을 포함하기 때문에 프로세스는 적어도 하나의 쓰레드를 가짐
  • 메모리와 파일 등 모든 자원을 프로세스 자원과 공유
    → 프로세스에 비해 필요한 자원이 적음

12.2 자바 쓰레드

(1) 자바 쓰레드

• 자바 가상 기계(JVM)에 의해 스케줄되는 실행 단위의 코드 블럭
  • 쓰레드의 생명 주기는 JVM에 의해 관리됨(JVM은 쓰레드 단위로 스케줄링됨)
• JVM과 멀티 쓰레드의 관계: 하나의 JVM은 하나의 자바 응용 프로그램만 실행함
  • 자바 응용 프로그램이 시작될 때 JVM이 함께 실행됨
  • 자바 응용 프로그램이 종료되면 JVM도 함께 종료됨
  • 하나의 응용 프로그램은 하나 이상의 쓰레드로 구성이 가능함

(2) JVM, 자바 응용 프로그램, 쓰레드의 관계

• JVM은 하나의 응용 프로그램만 실행이 가능함 → JVM은 여러 개의 응용 프로그램을 실행할 수 없음
• 하나의 응용 프로그램은 여러 개의 쓰레드를 가질 수 있음
• 두 개의 자바 응용 프로그램이 동시에 실행되려고 하면 각자 두 개의 JVM을 이용함. 응용 프로그램은 서로 소켓을 이용해 통신함
• 각 쓰레드의 쓰레드 코드는 각자의 응용 프로그램 내에 존재함
• JVM이 쓰레드가 몇 개인지, 쓰레드 코드의 위치가 어디인지, 우선 순위는 얼마인지 등을 관리함

12.3 쓰레드 작성

(1) 쓰레드 만들기

• 쓰레드 실행을 위해 개발자가 하는 일
  1. 쓰레드 코드 작성하기
  2. JVM에게 쓰레드를 생성하고 쓰레드 코드를 실행하도록 요청하기
• 자바에서 쓰레드를 만드는 방법
  • java.lang.Thread 클래스를 이용하기(extends 키워드를 이용해 상속 받음)
  • java.lang.Runnable 인터페이스 이용하기(implements 키워드를 이용함)

(2) Thread 클래스의 생성자와 메소드

• 생성자
  • Thread()
  • Thread(Runnable target)
  • Thread(String name)
  • Thread(Runnable target, String name)
• 메소드

메소드	설명
static Thread currentThread()	현재 실행 중인 쓰레드의 실제 객체를 반환함
long getID()	쓰레드의 ID를 반환함
String getName()	쓰레드의 이름을 반환함
int getPriority()	쓰레드의 우선 순위(1~10)을 반환함
void join()	쓰레드가 죽지 안도록 우선적으로 실행함
static void sleep(long 밀리초)	쓰레드를 멈추게함
void start()	쓰레드를 실행함(run()을 실행함)
static void yield()	현재 실행 중인 쓰레드를 멈추고 다른 쓰레드를 실행함

(3) Thread 클래스를 이용해 쓰레드 생성하기

1. 쓰레드 클래스 작성하기: Thread 클래스 상속 받기(extends Thread). 새 클래스 작성하기
2. 쓰레드 코드 작성하기: run()를 반드시 메소드 오버라이딩하기. run() 메소드에서 쓰레드 실행 시작
3. 쓰레드 객체 생성하기
4. 쓰레드 시작하기: start() 메소드 호출하기(run()이 작동됨)
   → 쓰레드로 작동을 시작함. JVM에 의해 스케줄링 되기 시작함

class 클래스_이름 extends Thread {    ① Thread 클래스 상속 받기         public void run() {                  ② 메소드 오버라이딩하기         } }

public static void main(String[] args) {         클래스_이름 객체_이름 = new 클래스_이름();    ③ 객체 생성하기         객체_이름.start();        ④ 쓰레드 시작하기 }

(4) Runnable 인터페이스로 쓰레드 생성하기

1. 쓰레드 클래스 작성하기: Runnable 인터페이스를 구현하는 클래스를 작성하기
2. 쓰레드 코드 작성하기: run() 메소드를 반드시 오버라이딩 해야함
3. 쓰레드 객체 생성하기
4. 쓰레드 시작하기: start() 메소드 호출하기

class 클래스_이름 implements Runnable {   ① Runnable 인터페이스 구현하기         public void run() {                  ② 메소드 오버라이딩하기         } }

public static void main(String[] args) {         클래스_이름 객체_이름 = new 클래스_이름();    ③ 객체 생성하기         객체_이름.start();        ④ 쓰레드 시작하기 }

 

12.4 쓰레드 정보

(1) 쓰레드를 사용할 때 주의해야 할 점

• run() 메소드가 종료되면 쓰레드도 종료됨
  • 쓰레드가 계속 존재하도록 하려면 run() 메소드의 안에서 무한 루프가 실행되어야 함
• 한 번 종료한 쓰레드는 다시 시작될 수 없음
  • 다시 시작하려면 쓰레드 객체를 생성해 다시 쓰레드로 등록해야함
• 한 쓰레드에서 다른 쓰레드를 강제 종료시킬 수 있음

(2) 쓰레드에 대한 정보

필드	타입	내용
쓰레드의 이름	문자열	쓰레드의 이름으로서 사용자가 지정할 수 있음
쓰레드의 ID	정수	쓰레드 고유의 식별자 번호
쓰레드의 Program Count	정수	현재 실행 중인 쓰레드 코드의 주소를 나타냄
쓰레드의 상태	정수	NEW, RUNNABLE, WAITING, TIMED_WAITING. BLOCK.TERMINATED의 6 가지 중 하나를 나타냄
쓰레드의 우선 순위	정수	쓰레드 스케줄링 시 사용되는 우선 순위 값. 1~10 사이의 값이며 10이 최상위를 나타냄(가장 우선적으로 실행됨)
쓰레드 그룹	정수	여러 개의 자바 쓰레드가 하나의 그룹을 형성 할 수 있으며 현재 쓰레드가 속한 그룹을 나타냄
쓰레드 레지스터 스택	메모리 블록	쓰레드가 실행되는 동안의 레지스터의 값을 나타냄

• 쓰레드의 6 가지 상태
  • NEW: 쓰레드가 생성되었지만 스레드가 아직 실행할 준비가 되지 않은 상태
  • RUNNABLE: 쓰레드가 JVM에 의해 실행되고 있거나 실행 준비가 되어 스케줄링을 기다리는 상태
  • WAITING: 어떤 Object 객체에서 다른 쓰레드가 notify()나 notifyAll()을 사용해 불러 주기를 기다리고 있는 상태
    → 쓰레드 동기화를 위해서 사용함
  • TIME_WAITING: 쓰레드가 sleep(n)의 호출로 인해 n 밀리초 동안 잠을 자고 있는 상태
  • BLOCK: 쓰레드가 JVM에 입출력(I/O) 작업을 요청한 상태
  • TERMINATED: 쓰레드가 종료한 상태
• 쓰레드의 상태는 JVM이 기록하고 관리함
• 쓰레드의 상태와 생명주기

쓰레드의 생명주기를 나타낸 그림

(3) 쓰레드의 우선 순위와 스케줄링

• 쓰레드의 우선 순위: 최대 = 10, 중간 = 5, 최소 = 1
• 쓰레드의 우선 순위는 setPriority(정수) 메소드를 이용해 변경 가능
  • getPriority() 메소드를 이용해 현재 쓰레드의 우선 순위를 알 수 있음
• main() 쓰레드의 우선 순위 값은 초기에 5로 설정됨
  • main() 메소드의 쓰레드를 말함. 자바 쓰레드라고 할 수 있음 (JVM에 의해 자동으로 쓰레드화됨)
• 쓰레드는 처음에 부모 쓰레드와 같은 우선 순위를 가지고 만들어짐
• JVM의 쓰레드 스케줄링 정책
  • 가장 높은 우선 순위를 가진 쓰레드가 먼저 실행됨
  • 같은 우선 순위들 끼리는 순서대로 돌아가면서 실행됨(라운드 로빈)

(4) 쓰레드 종료

• 스스로 종료하기: run() 메소드가 실행이 종료됨
• 다른 쓰레드에서 강제로 어떤 쓰레드를 종료시키기: interrupt() 메소드 사용하기