18. 스레드(Thread)
1. 키워드
- 프로세스(Process)와 스레드(Thread)
- 멀티 스레드(Multi Thread)와 문맥 교환(Context Switching)
- 스레드 그룹(Thread Group)
- 데몬 스레드(Daemon Thread)와 가비지 컬렉터(Garbage Collector)
2. 스레드(Thread)의 개념
1) 프로세스(Process)란?
- 프로세스란 단순히 실행 중인 프로그램(Program)이라고 할 수 있다.
- 즉, 사용자가 작성한 프로그램이 OS에 의해 메모리 공간을 할당받아 실행 중인 것을 말한다.
- 이러한 프로세스는 프로그램에 사용되는 데이터와 메모리 등의 자원 그리고 스레드로 구성된다.
2) 스레드란?
- 스레드란 프로세스 내에서 실제로 작업을 수행하는 주체를 의미한다.
- 모든 프로세스에는 한 개 이상의 스레드가 존재하여 작업을 수행한다.
- 또한, 두 개 이상의 스레드를 가지는 프로세스를 멀티스레드 프로세스(Multi-Thread Process)라고 한다.
3) 스레드의 생성과 실행
- 자바에서 스레드를 생성하는 방법에는 다음과 같이 두 가지 방법이 있다.
1] Runnable 인터페이스를 구현하는 방법
2] Thread 클래스를 상속받는 방법
- 두 방법 모두 스레드를 통해 작업하고 싶은 내용을
run()메서드에 작성하면 된다.
- 다음 예제는 위의 두 가지 방법을 사용하여 스레드를 생성하고 실행하는 예제이다.
class ThreadWithClass extends Thread {
public void run() {
for (int i = 0; i < 5; i++) {
System.out.println(getName()); // 현재 실행 중인 스레드의 이름을 반환함
try {
Thread.sleep(10); // 0.01초간 스레드를 멈춤
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
class ThreadWithRunnable implements Runnable {
public void run() {
for (int i = 0; i < 5; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()); // 현재 실행 중인 스레드의 이름을 반환함
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
class Test {
public static void main(String[] args) {
ThreadWithClass thread1 = new ThreadWithClass(); // Thread 클래스를 상속받는 방법
Thread thread2 = new Thread(new ThreadWithRunnable()); // Runnable 인터페이스를 구현하는 방법
// 스레드 실행
thread1.start();
thread2.start();
}
}
// Thread-0
// Thread-1
// Thread-0
// Thread-1
// Thread-0
// Thread-1
// Thread-0
// Thread-1
// Thread-0
// Thread-1
- 위 예제의 실행 결과를 살펴보면, 생성된 스레드가 서로 번갈아가며 실행되고 있는 것을 확인할 수 있다.
Thread클래스를 상속받으면 다른 클래스를 상속받을 수 없으므로, 일반적으로Runnable인터페이스를 구현하는 방법으로 스레드를 생성한다.
Note
Runnable인터페이스는 몸체가 없는 메서드인run()메서드 단 하나만을 가지는 간단한 인터페이스이다.
4) 스레드의 우선순위
- 자바에서 각 스레드는 우선순위(Priority)에 관한 자신만의 필드를 가지고 있다.
- 이러한 우선순위에 따라 특정 스레드가 더 많은 시간 동안 작업을 할 수 있도록 설정할 수 있다.
getPriority()와setPriority()메서드를 통해 스레드의 우선순위를 반환하거나 변경할 수 있다.- 스레드의 우선순위가 가질 수 있는 범위는
1부터10까지이며, 숫자가 높을수록 우선순위 또한 높아진다. - 하지만 스레드의 우선순위는 비례적인 절댓값이 아닌 어디까지나 상대적인 값일 뿐이다.
- 우선순위가
10인 스레드가 우선순위1인 스레드보다10배 더 빨리 수행되는 것이 아니다. - 단지 우선순위가
10인 스레드는 우선순위가1인 스레드보다 좀 더 많이 실행 큐에 포함되어, 좀 더 많은 작업 시간을 할당받을 뿐이다. - 그리고 스레드의 우선순위는 해당 스레드를 생성한 스레드의 우선순위를 상속받게 된다.
class ThreadWithRunnable implements Runnable {
public void run() {
for (int i = 0; i < 5; i++) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName()); // 현재 실행 중인 스레드의 이름을 반환함
try {
Thread.sleep(10);
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
}
class Test {
public static void main(String[] args) {
Thread thread1 = new Thread(new ThreadWithRunnable());
Thread thread2 = new Thread(new ThreadWithRunnable());
① thread2.setPriority(10); // Thread-1의 우선순위를 10으로 변경함
// 스레드 실행
② thread1.start();
③ thread2.start();
System.out.println(thread1.getPriority());
System.out.println(thread2.getPriority());
}
}
// 5
// 10
// Thread-1
// Thread-0
// Thread-1
// Thread-0
// Thread-1
// Thread-0
// Thread-1
// Thread-0
// Thread-1
// Thread-0
main()메서드를 실행하는 스레드의 우선순위는 언제나5이므로,main()메서드 내에서 생성된 스레드Thread-0의 우선순위는5로 설정되는 것을 확인할 수 있다.- 위의 예제는 ②번 라인에서
Thread-0이 먼저 실행되고, ③번 라인에서Thread-1이 나중에 실행된다. - 따라서 만약 ①번 라인이 존재하지 않는다면,
Thread-0이 먼저 실행되고,Thread-1이 나중에 실행될 것이다. - 하지만 ①번 라인에서
Thread-1의 우선순위를10으로 변경했기 때문에,Thread-1이 나중에 실행되었다고 하더라도 우선순위가Thread-0보다 높아 먼저 실행되는 것이다.
3. 멀티 스레드(Multi Thread)
- 일반적으로 하나의 프로세스는 하나의 스레드를 가지고 작업을 수행하게 된다.
- 하지만 멀티 스레드란 하나의 프로세스 내에서 둘 이상의 스레드가 동시에 작업을 수행하는 것을 의미한다.
- 또한, 멀티 프로세스는 여러 개의 CPU를 사용하여 여러 프로세스를 동시에 수행하는 것을 의미한다.
- 멀티 스레드와 멀티 프로세스 모두 여러 흐름을 동시에 수행한다는 공통점을 가지고 있다.
- 멀티 프로세스는 각 프로세스가 독립적인 메모리를 가지고 별도로 실행되지만, 멀티 스레드는 각 스레드가 자신이 속한 프로세스의 메모리를 공유한다는 점이 다르다.
- 멀티 스레드는 각 스레드가 자신이 속한 프로세스의 메모리를 공유하므로, 시스템 자원의 낭비가 적다.
- 또한, 하나의 스레드가 작업을 할 때 다른 스레드가 별도의 작업을 할 수 있어 사용자와의 응답성도 좋아진다.
1) 문맥 교환(Context Switching)
- 컴퓨터에서 동시에 처리할 수 있는 최대 작업 수는 CPU의 코어(Core) 수와 같다.
- 만약 CPU의 코어 수보다 더 많은 스레드가 실행되면, 각 코어가 정해진 시간 동안 여러 작업을 번갈아가며 수행하게 된다.
- 이때 각 스레드가 서로 교체될 때 스레드 간의 문맥 교환이라는 것이 발생한다.
- 문맥 교환이란 현재까지의 작업 상태나 다음 작업에 필요한 각종 데이터를 저장하고 읽어오는 작업을 가리킨다.
- 이러한 문맥 교환에 걸리는 시간이 커지면 커질수록, 멀티 스레딩의 효율은 저하된다.
- 오히려 많은 양의 단순한 계산은 싱글 스레드로 동작하는 것이 더 효율적일 수 있다.
- 따라서 많은 수의 스레드를 실행하는 것이 언제나 좋은 성능을 보이는 것은 아니다.
2) 스레드 그룹(Thread Group)
- 스레드 그룹이란 서로 관련이 있는 스레드를 하나의 그룹으로 묶어 다루기 위한 장치이다.
- 자바에서는 스레드 그룹을 다루기 위해
ThreadGroup이라는 클래스를 제공한다. - 이러한 스레드 그룹은 다른 스레드 그룹을 포함할 수도 있으며, 이렇게 포함된 스레드 그룹은 트리 형태로 연결된다.
- 이때 스레드는 자신이 포함된 스레드 그룹이나 그 하위 그룹에는 접근할 수 있지만, 다른 그룹에는 접근할 수 없다.
- 이렇게 스레드 그룹은 스레드가 접근할 수 있는 범위를 제한하는 보안상으로도 중요한 역할을 하고 있다.
class ThreadWithRunnable implements Runnable {
public void run() {
try {
Thread.sleep(10); // 0.01초간 스레드를 멈춤
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
}
class Test {
public static void main(String[] args) {
Thread thread0 = new Thread(new ThreadWithRunnable());
thread0.start(); // Thread-0 실행
System.out.println(thread0.getThreadGroup());
ThreadGroup group = new ThreadGroup("myThread"); // myThread라는 스레드 그룹 생성
group.setMaxPriority(7); // 해당 스레드 그룹의 최대 우선순위를 7로 설정함
Thread thread1 = new Thread(group, new ThreadWithRunnable()); // 스레드를 생성할 때 포함될 스레드 그룹을 전달할 수 있음
thread1.start(); // Thread-1 실행
System.out.println(thread1.getThreadGroup());
}
}
// java.lang.ThreadGroup[name=main,maxpri=10]
// java.lang.ThreadGroup[name=myThread,maxpri=7]
- 위의 예제처럼
main()메서드에서 생성된 스레드의 기본 스레드 그룹의 이름은main이 되며, 최대 우선순위는10으로 자동 설정된다.
3) 데몬 스레드(Daemon Thread)
- 데몬 스레드란 다른 일반 스레드의 작업을 돕는 보조적인 역할을 하는 스레드를 가리킨다.
- 따라서 데몬 스레드는 일반 스레드가 모두 종료되면 더는 할 일이 없으므로, 데몬 스레드 역시 자동으로 종료된다.
- 데몬 스레드의 생성 방법과 실행 방법은 모두 일반 스레드와 같다.
- 단, 실행하기 전에
setDaemon()메서드를 호출하여 데몬 스레드로 설정하기만 하면 된다. - 이러한 데몬 스레드는 일정 시간마다 자동으로 수행되는 저장 및 화면 갱신 등에 이용되고 있다.
4) 가비지 컬렉터(Garbage Collector)
- 데몬 스레드를 이용하는 가장 대표적인 예로 가비지 컬렉터를 들 수 있다.
- 가비지 컬렉터란 프로그래머가 동적으로 할당한 메모리 중 더 이상 사용하지 않는 영역을 자동으로 찾아내어 해제해 주는 데몬 스레드이다.
- 자바에서는 프로그래머가 메모리에 직접 접근하지 못하게 하는 대신에 가비지 컬렉터가 자동으로 메모리를 관리해 준다.
- 이러한 가비지 컬렉터를 이용하면 프로그래밍을 하기가 훨씬 쉬워지며, 메모리에 관련된 버그가 발생할 확률도 낮아진다.
- 보통 가비지 컬렉터가 동작하는 동안에는 프로세서가 일시적으로 중지되므로, 필연적으로 성능의 저하가 발생한다.
- 하지만 요즘에는 가비지 컬렉터의 성능이 많이 향상되어, 새롭게 만들어지는 대부분의 프로그래밍 언어에서 가비지 컬렉터를 제공하고 있다.