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13 Thread & Multitasking

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1. 멀티태스킹

  • 멀티태스킹(Multi-tasking)

    • 하나의 응용프로그램이 여러 개의 작업(태스크)을 동시에 처리하는 것

  • 사례

    • 미디어 플레이어 (오디오 재생 + 비디오 재생 + UI 처리)
    • 테트리스 게임 (배경음악 + 블록 이동 + 키 입력 처리)

  • 자바의 특징: 자바는 멀티스레딩(Multi-threading)을 통해 멀티태스킹을 구현한다.

2. 자바의 멀티스레딩

  • 스레드(Thread)

    • 사용자가 작성한 코드로서, JVM에 의해 스케줄링되어 실행되는 단위이다.
    • 하나의 응용프로그램은 하나 이상의 스레드로 구성된다.
    • 마치 바늘 하나에 실(thread)이 꿰어 작업하는 것과 유사하다.

  • 장점: 한 스레드가 대기하는 동안 다른 스레드를 실행하여 프로그램 전체의 시간 지연을 줄이고 효율을 높인다.

  • 구조

    • 웹 서버 등에서 각 클라이언트 요청당 하나의 스레드를 생성하여 처리하는 방식이 대표적이다.
    • JVM은 하나의 자바 응용프로그램만 실행하며, 그 안에서 여러 스레드를 관리한다.

3. 스레드 만들기

스레드를 생성하는 방법은 크게 두 가지가 있다. 두 방법 모두 스레드 코드는 run() 메소드에 작성하며, 실행 시에는 start() 메소드를 호출해야 한다.

3.1. Thread 클래스 상속

  • java.lang.Thread를 상속받는 새 클래스 작성
  • run() 메소드를 오버라이딩(Overriding)하여 스레드 코드 작성
  • 객체 생성 후 .start() 호출
class TimerThread extends Thread { // 스레드 클래스 작성
	// ...
	@Override public void run() {
		// run() 오버라이딩
	}
}
TimerThread th = new TimerThread(); // 스레드 객체 생성
th.start(); // 스레드 시작

3.2. Runnable 인터페이스 구현

  • java.lang.Runnable 인터페이스를 구현하는 새 클래스 작성
  • run() 추상 메소드를 구현
  • Thread 객체 생성 시 생성자에 Runnable 구현 객체를 전달
  • Thread 객체의 .start() 호출
class TimerRunnable implements Runnable { // 스레드 클래스 작성
	// ...
	@Override public void run() {
		// run() 메소드 구현
	}
}
Thread th = new Thread(new TimerRunnable()); // 스레드 객체 생성
th.start(); // 스레드 시작

3.3. 주의사항

  • run() 메소드가 종료되면 스레드도 종료된다.
  • 한 번 종료된 스레드는 다시 start() 할 수 없으며, 새 객체를 생성해야 한다.
  • 한 스레드에서 다른 스레드를 강제로 종료시킬 수 있다.

4. 스레드 생명 주기와 스케줄링

4.1. 스레드 상태 (6가지)

  • NEW: 생성되었으나 아직 실행 준비가 안 됨
  • RUNNABLE: 실행 중이거나 실행 대기 상태
  • WAITING: wait() 호출로 인해 대기 중인 상태
  • TIMED_WAITING: sleep(n) 등으로 일정 시간 대기 중인 상태
  • BLOCK: I/O 작업이나 동기화 락(lock) 대기 등으로 차단된 상태
  • TERMINATED: 실행 종료

4.2. 우선순위(Priority)

  • 1(최소) ~ 10(최대) 사이의 값을 가진다. (기본값: 5)
  • setPriority()로 변경이 가능하다.
  • JVM은 철저한 우선순위 기반으로 스케줄링하며, 동일 우선순위는 라운드 로빈(Round Robin) 방식을 사용한다.

4.3. Main 스레드

  • JVM이 응용프로그램을 시작할 때 처음 생성되는 스레드로, main() 메소드를 실행한다.

5. 스레드 종료

스레드를 종료시키는 방법에는 두 가지가 있다.

5.1. 스스로 종료

  • run() 메소드 내의 코드가 모두 실행되어 리턴되면 자연스럽게 종료된다.

5.2. 강제 종료

  • interrupt() 사용

    • th.interrupt()를 호출하면 스레드 내에서 InterruptedException이 발생하며,
    • 이를 catch하여 return 하는 방식으로 종료한다.

  • flag 사용 (권장)

    • 불린(boolean) 변수(예: flag)를 두고,
    • 외부에서 이 값을 변경하면 run() 메소드 내의 반복문이 조건을 확인하여 루프를 탈출(return)하게 만든다.

6. 스레드 동기화

  • 문제점

    • 다수의 스레드가 공유 데이터에 동시에 접근하면 데이터 무결성이 깨질 수 있다.
    • (예: 프린터 동시 출력, 은행 잔고 동시 수정)

  • 해결책 - 스레드 동기화(Thread Synchronization)

    • 공유 데이터에 접근하는 스레드들을 한 줄로 세워,
    • 한 번에 하나의 스레드만 배타적으로 접근하게 한다.

6.1. synchronized 키워드

  • 동기화 메소드: 메소드 선언부에 사용 (synchronized void method() {})
  • 동기화 블록: 특정 코드 블록만 지정 (synchronized(this) { ... })
  • 먼저 실행한 스레드가 객체의 모니터(락)를 소유하며, 작업이 끝날 때까지 다른 스레드는 대기한다.
class SharedBoard {
	private int sum = 0; // 집계판의 합
	
	synchronized public void add() {
		int n = sum;
		Thread.yield(); // 현재 실행 중인 스레드 양보
		n += 10; // 10 증가
		sum = n; // 증가한 값을 집계합에 기록
		System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + sum);
	}
	
	public int getSum() {
		return sum;
	}
}

7. wait(), notify(), notifyAll()을 이용한 스레드 동기화

  • 목적: 두 개 이상의 스레드가 협력해야 할 때 (예: 생산자-소비자 문제) 실행 순서를 제어하기 위해 사용한다.

  • 메소드 (Object 클래스 소속)

    • wait(): 다른 스레드가 깨워줄 때까지 락을 풀고 대기 상태로 들어간다.
    • notify(): 대기 중인 스레드 중 하나를 깨워 RUNNABLE 상태로 만든다.
    • notifyAll(): 대기 중인 모든 스레드를 깨운다.

  • 주의: 이 메소드들은 반드시 synchronized 블록 내에서만 사용해야 한다.

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