2020-08-20JAVA14 minutes read (About 2110 words) 0 visits

멀티스레드프로그래밍1 : 개념, 용어정리, 스래드 상태와 제어

개념, 용어정리

용어	개념
애플리케이션	이클립스나 파워포인트, 브라우저와 같은 코드 덩어리
프로세스	설치된 애플리케이션을 실행하게되면 운영체제(OS)로부더 메모리의 일정영역을 할당받고 CPU와 HDD를 이용해서 동작하는 것
멀티프로세스	동시에 여러 프로세스를 실행
스레드	프로세스 동작의 최소 단위. 모든 프로세스는 하나 이상의 스레드로 구성
메인스레드	메인스레드가 main()메서드를 실행하면서 애플리케이션이 구동됨
멀티스레드	둘 이상의 스레드로 구성된 프로세스
멀티스레드 프로그램	작업을 스레드 단위로 분리해서 병렬 수행가능

스레드는 모든 게임에 자주 사용된다
- 총게임에서 총알을 발생하기 등등

멀티스레드 장단점

장점

CUP사용률 향상
작업의 분리로 응답성 향상
자원의 공유를 통한 효율성 증대

단점

컨텍스트 스위칭 과정에 별도의 비용발생
제어가 어려움 : 어떤 스레드를 먼저 실행할지 제어하기 힘들다
동기화(synchronization), 교착상태(deadlock)와 같은 문제 발생

스레드 생성

2가지 생성방법

Runnable 인터페이스를 구현하는 방법 : 오버라이딩 -> 생성자에 파라미터를 넘겨주면서 객체생성
Thread클래스를 상속받는 방법 : implements 끝

다음 예시코드를 보자. 아래는 -를 5번반복하고 @는 10번 반복후 출력하는 코드이다.

public static void main(String[] args) {
	Thread t1 = new Thread(new Runnable() {

		@Override
		public void run() {
			for(int i =0 ; i<5; i++){
				System.out.print("-");
			}
		}
	});

	Thread t2 = new Thread(() -> {
		for(int i = 0; i<10; i++){
			System.out.print("@");
		}
	});

	//JVM스케줄러가 달라져서 출력값이 매번 다름
	t1.start();
	t2.start();
	System.out.println("메인끝");
}
//출력값
메인끝
@@--@@@@@---@@@

예시코드의 의문점 3가지

위의 코드에 3가지 의문점이 있다.

run()이 없는데 실행되었다 : start()가 호출되면 JVM이 운영체제의 스레드 스케줄러에 의해 가능할때 run()을 호출한다.
출력값이 매번다르다 : JVM스케쥴러가 달라져서.
메인끝은 맨 마지막에 작성했는데 제일 처음 출력되었다 : main()스레드가 t1의 start()스레드를 생성

하게되면 별도의 스택공간을 구성한다. 이 공간은 메인스레드공간과 전혀 무관한 t1스레드의 공간으로 별도의 흐름이 생겨난다. 이후 두 스레드는 병렬스레드로 번갈아가면서 작업이 되는데 start()스레드 전에 main()스레드가 종료되었기때문에 제일 먼저 출력되었다.

만약 위의 코드에서 start()가 아닌 run()을 하면 어떻게 될까?

t1.run();
t2.run();
System.out.println("메인끝");

//출력값
-----@@@@@@@@@@메인끝

이때는 메인스레드에서 실행되는 것이고 t1과t2가 별도의 스택을 구성하지않기때문에 싱글스레드이므로 코드 순서대로 실행된다.

어떤 스레드가 먼저 실행될까?

스레드들은 별도이 스택에서 따로따로 동작하기 때문에 제어가 어렵다.

1 우선순위를 통한 제어

스레드가 runnable상태에서 선택될 때는 우선순위가 적용됨.
MIN_PRIORITY = 1, MAX_PRIORITY = 10이다. 노말은 5.
아래예시는 F에 우선순위 10을 주고 T에는 제일 낮은 우선순위를 준 뒤 출력하는 값이다

static class MessengerThread extends Thread{
	public MessengerThread(String name){
		super(name);
	}
	public void run(){
		for(int i=0; i<10; i++){
			System.out.print(this.getName());
		}
	}
}

public static void main(String[] args) {
	Thread ft =  new MessengerThread("F");
	Thread tt =  new MessengerThread("T");
	ft.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY); //MIN_PRIORITY은 1이다.
	tt.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY); //MAX_PRIORITY는 10이다
	ft.start();
	tt.start();
}
//출력값
FFFFFFFTTTTTTTTTTFFF

우선순위때문에 F가 모두 출력된뒤 T가 출력되어야하지만 출력값은 그게 아니다.

왜그럴까?

스레드의 우선순위 역할은 실행할 확률이 높아지는 것뿐 우선순위만으로는 100%제어할 수 없다.

2 sleep()을 통한 상태제어

sleep()메서드는 동작하는 스레드를 주어진 시간동안 일시정지키셔 대기 풀에서 sleep하게 한다.
대기시간이 끝나거나 interrupt()메서드가 호출되면 대기 풀에서 벗어나 다시 runnable상태로 이동한다.

3 interrupt()를 통한 상태제어

interrupt()를 사용하여 대기 중인 스레드에게 InterruptedException을 발생시켜 즉시 runnable상태로 이동한다.
sleep()이나 join()으로 인해 대기 풀에 대기 중인 스레드들은 지정된 시간이 지나거나 끼웠던 스레드가 종료되면 자동으로 runnable 상태로 이동한다.
BUT 대기 중인 스레드가 임의로 runnable상태로 바꿔야할 때가 있다
- 예를 들어 음악 재생에서 일시정지했다가 다시 실행하는 경우가 해당.
예시 : 카운트10초동안 구구단 문제를 풀고 답을 입력하면 카운드가 종료되면서 사용자가 기입한 답과 정답을 리턴하는 코드이다

public static void main(String[] args) {
	Thread cnt = new Thread(()->{
		for(int i=10; i>0; i--){
			try{
				Thread.sleep(1000);
			}catch(InterruptedException e){
				break;
			}
			System.out.println("카운트다운: "+i);
		}
	});
	cnt.start();

	Random rd = new Random();
	int first = rd.nextInt(9)+1;
	int second = rd.nextInt(9)+1;		

	String result = JOptionPane.showInputDialog(first+" * "+second+" ? ");
	cnt.interrupt();
	System.out.println("사용자가 기입한 답: "+result+", 정답: "+(first*second));
}//end of main()

4 join()를 통한 상태제어

sleep()과 비슷하게 스레드를 대기 풀로 이동시키는 메서드
다른 스레드의 작업이 종료될때까지 join()을 호출하는 스레드는 대기풀에서 대기
다른 작업을 나의 작업에 참여(join)시킨다.

예시 : 구구단만들기
메인스레드와 9개의 구구단 스레드, 숫자를 곱할 때마다 1초씩 sleep()을 호출
메인스레드는 구구단 스레드들이 각 단을 완성하면 최종 결과를 출력

static class GuguThread extends Thread{
	private int dan;
	String[] result = new String[9];

	public GuguThread(int dan){
		this.dan = dan;
	}

	public void run(){
		for(int i=1; i<10; i++){
			result[i-1] = dan + "*"+i+"="+(dan*i);
			try {
				Thread.sleep(1000);
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}
		}
		System.out.println("단완료");
	}
}

public static void main(String[] args) {
	List<GuguThread> gs = new ArrayList<>();
	for(int i=2; i <10; i++){
			GuguThread g = new GuguThread(i); //생성
			gs.add(g);
			g.start(); //스레드생성ㄴ
	}

	for(GuguThread g : gs){
		try {
			g.join();
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
	}

	System.out.println("\n 구구단출력");
	for(GuguThread g : gs){
		System.out.println(Arrays.toString(g.result));
	}
}

5 yield()를 통한 상태제어

sleep()이나 join()은 스레드 상태를 대기상태로 변경하는 반면 yield()는 대기상태로 변하지 않고 동일한 우선순위를 가진 다른 스레드에게 실행을 양보하고 즉시 runnable상태가 변경된다.

static class YieldThread extends Thread{
	String s;

	public YieldThread(String s){ //생성자
		this.s = s;
	}

	public void run(){
		for(int i=0; i<60; i++){
			if(i%2==0){ //짝수이면
				System.out.print(s);
			}else{
				Thread.yield();
			}
		}
	}
}

public static void main(String[] args) {
	new YieldThread("@").start();
	new YieldThread("*").start();
}

//출력값
교대로 마음대로 출력된다

스레드의 종료

run()스레드가 끝나면 자동으로 종료
외부조건에 의해 스레드 종료 가능 : stop()메서드가 있지만 안정성을 위해 flag값을 이용해서 내부값을 자연스럽게 종료시켜야한다.
종료된 메서드는 생존주기가 소멸된다 -> 한 번 소멸된 스레드는 다시 start()를 통해서 runnable로 이동할 수 없다.
예시 : stop()과 flag사용법 차이

static class Rut extends Thread{
	boolean flag = true;
	public void run(){
		System.out.println("자원획득");
		while(flag){
			try{
				Thread.sleep(1000);
			}catch(InterruptedException e){
				e.printStackTrace();
			}System.out.println("자원사용");
		}System.out.println("자원반납");
	}
}

public static void main(String[] args) {
	Rut t = new Rut();
	t.start();
	Scanner s = new Scanner(System.in);
	if(s.nextLine().equals("s")){
		t.stop();
	}else{
		t.flag = false;
	}
	//자원해제
	s.close();
	System.out.println("메인끝");
}

flag는 자원반납까지가능
stop은 자원반납못하고 즉시 종료됨

#TIL ITWILL(JAVA)