자바 Multi - Threading

자바 Multi - Threading 이란?

자바에서 멀티 쓰레딩(Multi - Threading)은 프로그램의 여러 부분이 동시에 실행되도록 하는 기술이다. 이를 통해 자원의 효율적 사용과 응용 프로그램의 반응성 향상을 달성할 수 있다. 멀티 쓰레딩은 하나의 프로세스 내에서 여러 개의 쓰레드를 생성하여 각 쓰레드가 작업을 수행하도록 함으로써 병렬 처리를 가능하게 합니다.

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• 여러 thread가 동시에 수행되는 프로그래밍, 여러 작업이 동시에 실행되는 효과
• thread는 각각 자신만의 작업공간을 가진다. (call stack)
• 각 thread 사이에서 공유하는 자원이 있을 수 있다. (자바에서는 static instance)
• 여러 thread가 자원을 공유하여 작업이 수행되는 경우 서로 자원을 차지하려는 race condition이 발생할 수 있다.
• 이렇게 여러 thread가 공유하는 지원 중 경쟁이 발생하는 부분을 critical section이라고 한다.
• critical section에 대한 동기화(일종의 순차적 수행)를 구현하지 않으면 오류가 발생할 수 있다.

 

멀티 쓰레딩의 장점

• 자원의 효율적 사용 : CPU 사용률을 향상시키고 자원을 효율적으로 사용할 수 있다.
• 응용 프로그램의 반응성 향상 : 긴 작업을 처리하는 동안 사용자 인터페이스가 멈추지 않고 반응할 수 있다.
• 병렬 작업 : 여러 하드웨어 코어를 활용하여 작업을 병렬로 처리할 수 있어 실행 시간을 단축시킨다.

주의 사항

멀티 쓰레딩 환경에서는 여러 쓰레드가 동일한 자원에서 동시에 접근할 때 발생할 수 있는 문제들 (예: 경쟁 상태, 교착 상태)를 고려해야 한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 자바는 동기화 (synchronization) 메커니즘을 제공한다.

 

멀티 Thread 프로그래밍에서의 동기화란?

동기화(synchronization) 란

• 두 개의 thread가 같은 객체에 접근할 경우, 동시에 접근함으로써 오류가 발생
• 동기화는 임계영역에 접근한 경우 공유자원을 lock하여 다른 thread의 접근을 못하게 제어한다.
• 자바에서는 synchronization 메서드나 synchronization 블록을 사용

해결방안

synchronization 메서드

• 객체의 메소드에 synchronized 키워드 사용
• 현재 이 메서드가 속해있는 객체에 lock을 건다.

synchronized 블럭

• 현재 객체 또는 다른 객체를 lock으로 만든다.

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각 쓰레드가 공유하는 자원 만들어 보기 (sharedResource 상황을 구현해 보자)

package basic.ch23;

public class BankAccount {

	private int money = 100_000;

	public int getMoney() {
		return money;
	}

	public void setMoney(int money) {
		this.money = money;
	}

	// 입금
	// synchronized 메서드
	public synchronized void saveMoney(int money) {

		// 현재 잔액 10만원
		int currentMoney = getMoney();

		// 시간이 걸림...
		try {
			Thread.sleep(3000);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}

		setMoney(currentMoney + money);

		System.out.println("입금 후 계좌잔액 : " + getMoney());

	}

	// 출금
	public int withDraw(int money) {

		// synchronized block
		synchronized (this) {
			int currentMoney = getMoney();
			// ... 출금 0.5s 정도 시간이 걸림
			try {
				Thread.sleep(500);
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}

			// 방어적 코드 작성
			if (currentMoney >= money) {
				setMoney(currentMoney - money);
				System.out.println("출금 후 계좌잔액 : " + getMoney());
				return money;
			} else {
				System.out.println("계좌잔액이 부족합니다.");
				return 0;
			}
		}

	}

}

package basic.ch23;

public class Father extends Thread{
	
	// BankAccount account = new BankAccount();
	BankAccount account;
	
	public Father(BankAccount account) {
		// 객체가 될 때 맨 처음 동작하는 코드는 생성자이다.
		this.account = account;
	}
	
	// 위임 시킬 일을 정의 할 예정
	@Override
	public void run() {
		// 1만원 입금 처리 - 다른 작업자에게 위임함
		account.saveMoney(10_000);
	}
	
}// end of class

package basic.ch23;

public class Mother extends Thread{

	BankAccount account;
	
	public Mother(BankAccount account) {
		this.account = account;
	}
	
	@Override
	public void run() {
		// 5천원 출금 - 다른 작업자
		account.withDraw(5_000);
	}
	
}

package basic.ch23;

public class MainTest {

	public static void main(String[] args) {
		// 현재 잔액 : 100_000만원
		BankAccount account = new BankAccount();

		// 아버지 클래스 new
		// 생성자 의존 주입 ( DI )
		Father father = new Father(account);
		father.start();

		// 어머니 클래스 new
		Mother mother = new Mother(account);
		mother.start();
		
		int resultMoney = account.getMoney();
		System.out.println("현재 잔액 : " + resultMoney);
		// 정상 처리 : 10만원 + 1만원 - 5천원 = 10만 5천원
		
	}// end of main

}// end of class