[Java의 정석] 13-1. 스레드: 프로세스와 스레드

남궁성 님의 "Java의 정석" 책을 정리한 포스팅 입니다.

 

1. 프로세스와 스레드

프로세스

• 실행중인 프로그램을 의미합니다.

 

구성

• 자원
  • OS로부터 실행에 필요한 자원을 할당받아 프로세스가 됩니다.
• 스레드
  
  • 모든 프로세스에는 하나 이상의 스레드가 존재합니다.
  • 작업을 수행하는데 필요한 개별적인 호출스택이 필요합니다.

 

스레드

• 자원을 이용하여 실제 작업을 수행하는 실행 단위입니다.

 

멀티태스킹

• 여러 프로세스가 동시에 실행될 수 있습니다.
• 프로세스 생성비용과 컨텍스트 스위칭 비용이 스레드보다 많이 들어 많은 수의 사용자 요청을 서비스하기 어렵습니다.

 

멀티스레딩

• 하나의 프로세스 내에서 여러 스레드가 동시에 작업을 수행하는 것입니다.
• 짧은 시간동안 여러 작업을 번갈아 수행하면서 동시에 수행하는 것처럼 보이게 합니다.
  • CPU 코어 당 하나의 작업을 수행할 수 있습니다.

 

장점

• 자원을 효율적으로 사용할 수 있습니다.
  • CPU 사용률을 향상시킵니다.
• 사용자 응답성이 향상됩니다.
• 작업이 분리되어 코드가 간결해집니다.

 

단점

• 동기화 문제
  • 여러 스레드는 프로세스 내에서 자원을 공유하면서 작업합니다.
  • 스레드 간 컨텍스트 스위치가 일어나면서 작업중에 공유자원이 갱신되어 데이터 무결성 문제가 발생합니다.
    • 공유자원에 대한 접근 관리가 요구됩니다.
• 교착상태
  • 자원을 점유한 상태에서 서로 상대편이 점유한 자원을 사용하려고 대기하느라 진행이 멈춰있는 상황입니다.
  • 스레드는 자원을 점유하면 강제적으로 빼앗을 수 없습니다.

 

2. 구현과 실행

Thread 클래스 상속

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

 

 

Runnable 인터페이스 구현

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

• 좀더 일반적인 방법입니다. (다중상속으로부터 자유로움)

 

3. start()와 run()

• Thread나 Runnable 인스턴스가 생성되면 실행 대기 상태에 있습니다.
• 실행중인 사용자 스레드가 하나도 없을 때 프로그램이 종료됩니다.

 

실행 과정

start() - 새로운 스레드 생성

• 새로운 스레드 및 호출 스택을 생성합니다.

 

run() - 작업 수행

• 주어진 시간동안 작업을 마치지 못하면 대기합니다.

 

스레드 종료

• 주어진 시간동안 작업을 마치면 스레드가 종료됩니다.

 

main thread

프로그램의 기본 스레드

• main()을 실행하는 스레드 입니다.
• main()이 수행을 마쳤다 하더라도 다른 스레드가 아직 작업을 마치지 않은 상태라면 프로그램이 종료되지 않는다.

 

IllegalThreadStateException

• 한번 실행된 스레드를 두번 이상 호출할 경우 발생하는 예외 입니다.
• 한번 실행이 종료된 스레드는 다시 실행할 수 없습니다.

 

4. 싱글스레드와 멀티스레드

싱글스레드

한 개의 스레드로 두 개의 작업을 수행하는 경우

• 한 작업이 끝나야 다음 작업을 수행합니다.
• 만약 한 작업이 대기 상태에 들어갔다면 CPU 유휴상태가 발생합니다.

 

멀티스레드

두 개의 스레드로 두 개의 작업을 수행하는 경우

• 동시에 두 작업이 처리되는 것처럼 동작합니다.
• 효율적인 CPU 사용이 가능합니다.
  
  • 한 스레드가 I/O 작업으로 대기 상태에 있는 동안, 다른 스레드를 실행시켜 효율적으로 CPU를 사용할 수 있습니다.
• 빠르게 번걸아가며 컨텍스트 스위칭이 이루어집니다.

 

컨텍스트 스위칭

• 스레드간의 작업 전환을 의미합니다.
• 전환하기 전, 현재 진행중인 스레드의 작업 상태를 저장합니다.

 

멀티 코어 기반 멀티스레딩

• CPU 코어 당 스레드의 작업을 처리합니다.
  • 동시에 복수개의 스레드가 수행됩니다.
• 스레드들이 같은 자원을 두고 경쟁하는 상황이 발생할 수 있습니다.

 

출처

• (Youtube) 남궁성 - 자바의 정석 ch13 싱글스레드와 멀티스레드