[Java] 자바의 스레드와 동작 과정

자바의 스레드

스레드 Thread

• 운영 체제를 배웠다면 스레드의 개념은 익히 알 것이다.
• 스레드는 프로그램 수행의 가장 작은 단위를 의미한다.
• 스레드는 한 가지 일을 하는 프로세스의 단점을 극복하고자 여러 가지 일을 동시에 하기 위해 탄생했다.

• 스레드는 다음과 같은 생성 주기를 갖는다.

💡 스레드의 생성 주기

• Runnable: 준비 상태로 CPU 를 점유하고 있지 않으며 대기하고 있는 상태이다.
• Running: 실행 상태로 CPU 가 점유하고, 실행중인 상태를 의미한다.
• Dead: 수행할 동작이 모두 실행이 완료된 상태를 의미한다.
• Blocked: 실행 중에 일시 중단되어 CPU 점유를 잃은 상태를 의미한다. wait() 메서드를 통해 대기 상태로 전환되며, 대기 상태에서 notify() 메소드를 통해 Runnable 상태로 전환된다.

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자바의 스레드 모델과 버전 별 변경점

자바의 스레드 모델은 자바에서 동시성(Concurrency)를 구현하기 위해 탄생했다.

1. JAVA 1.0 - 초기 버전에서는 기본적인 동작을 하는 Thread 클래스가 존재했다.
2. JAVA 1.2 - synchronized 키워드를 통한 동기화 기능과 wait(), notify(), notifyAll() ****메서드를 통해 스레드를 제어할 수 있게 되었다.
3. JAVA 5 - java.util.concurrent 패키지가 도입되었고, Callable과 Future 및 Executor, ExecutorService, Executors 등등 스레드 풀, 동시성 컬렉션 등 동시성 기능들이 대거 추가되었다.
4. JAVA 7 - Fork / Join Framework 추가로 병렬 프로그래밍에 대한 기능을 추가했다.
5. JAVA 8 - CompletableFuture 클래스를 통해 비동기 처리를 더욱 쉽게 다룰 수 있게 되었다. 이는 자바 5에서 추가된 Future의 단점들을 극복한 클래스라고 한다.

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자바 스레드 동작 과정

MyThread.java

public class MyThread implements Runnable {
    public MyThread() {
    }

    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName());
    }
}

먼저 스레드를 사용하기 위해서는 Runnable 클래스를 상속받아 사용한다.

Thread 클래스를 상속받게 되면, 다중 상속을 받을 수 없어 Runnable 클래스를 상속 받는 것이 권장된다.

run() 메서드에는 실제 작업 내용을 구현해 주면 된다.

작업 내용에 적힌 Thread.currentThread().getName() 코드는 현재 스레드의 이름을 출력한다.

ThreadMain.java

public class ThreadMain {
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = new Thread(new MyThread());
        thread.start();
    }
}

실제로 스레드를 생성하고 사용해 동작을 살펴보자.

상속받아 구현한 MyThread를 생성자에 넣고, start() 메서드를 통해 스레드를 생성해 줄 수 있다.

// ********Thread-0

다음과 같은 실행 결과가 나온다.

그렇다면 thread.run()을 통해 직접 실행한 것과 무엇이 다를까?

public class ThreadMain {
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = new Thread(new MyThread());
        thread.run();
    }
}

다음과 같이 코드를 변경한 뒤 실행해 보았다.

// main

main에서 실행되었다.

스레드의 호출 스택

위 사진을 참고하면 이해하기 쉬울 것 같다.

start() 메서드는 스레드를 생성한 뒤 그 스레드의 호출 스택에 run() 메서드를 넣는다.

하지만 run() 메서드를 직접 사용하게 되면 다른 스레드를 생성하지 않는다.

생성된 스레드는 OS의 스케쥴러에 따라 호출되어 실행된다.

public class ThreadMain {
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread0 = new Thread(new MyThread());
        Thread thread1 = new Thread(new MyThread());

        thread0.start();
        thread1.start();
    }
}

public void run() {
    for (int i = 0; i < 10; i++) {
        System.out.print(Thread.currentThread().getName() + " ");
    }
}

// Thread-1 Thread-1 Thread-1 Thread-1 Thread-1 
// Thread-0 Thread-1 Thread-0 Thread-1 Thread-0 
// Thread-1 Thread-0 Thread-1 Thread-0 Thread-1 
// Thread-0 Thread-0 Thread-0 Thread-0 Thread-0 

다음과 같이 코드를 변경해 실행해 보면 스레드 0을 먼저 만들었음에도 스레드 1 이 먼저 수행된다.

또한 스레드의 작업 내용이 모두 수행된 뒤 다른 스레드의 동작이 수행되는 것이 아닌, 중간에 순서가 엉켜있는 것을 알 수 있다.

이를 통해 스레드가 동작하도록 구현함을 알 수 있다.

앞서 설명했던 스레드의 동작주기와 엮어 생각해 본다면 순서가 엉켜있다는 사실이 당연한 결과임을 알 수 있다!

 

 

 

[참고 자료]

• https://www.youtube.com/watch?v=P1zDndoy4pI