[멀티스레드와 동시성] 스레드 생성과 실행
in Java on Java
자바 메모리 구조
- 메서드 영역(Method Area): 메서드 영역은 프로그램을 실행하는데 필요한 공통 데이터를 관리한다. 이 영역은 프로그램의 모든 영역에서 공유한다.
- 클래스 정보: 클래스의 실행 코드(바이트 코드), 필드, 메서드와 생성자 코드등 모든 실행 코드가 존재한다.
- static 영역: static 변수들을 보관한다.
- 런타임 상수 풀: 프로그램을 실행하는데 필요한 공통 리터럴 상수를 보관한다.
- 스택 영역(Stack Area): 자바 실행 시, 하나의 실행 스택이 생성된다. 각 스택 프레임은 지역 변수, 중간 연산 결과, 메서드 호출 정보 등을 포함한다.
- 스택 프레임: 스택 영역에 쌓이는 네모 박스가 하나의 스택 프레임이다. 메서드를 호출할 때 마다 하나의 스택 프레임이 쌓이고, 메서드가 종료되면 해당 스택 프레임이 제거된다.
- 힙 영역(Heap Area): 객체(인스턴스)와 배열이 생성되는 영역이다. 가비지 컬렉션(GC)이 이루어지는 주요 영역이며, 더 이상 참조되지 않는 객체는 GC에 의해 제거된다.
- 참고: 스택 영역은 더 정확히는 각 스레드별로 하나의 실행 스택이 생성된다. 따라서 스레드 수 만큼 스택이 생성된다. 지금은 스레드를 1개만 사용하므로 스택도 하나이다. 이후 스레드를 추가할 것인데, 그러면 스택도 스레드수 만큼 증가한다.
스레드 생성
스레드를 만들 때는 Thread 클래스를 상속 받는 방법과 Runnable 인터페이스를 구현하는 방법이 있다.
Thread 상속
public class HelloThread extends Thread { // 클래스를 상속하고, 스레드가 실행할 코드를 run() 메서드에 재정의한다.
@Override
public void run() {
// Thread.currentThread() 를 호출하면 해당 코드를 실행하는 스레드 객체를 조회할 수 있다.
// Thread.currentThread().getName() : 실행 중인 스레드의 이름을 조회한다.
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": run()");
}
}
public class HelloThreadMain {
public static void main(String[] args) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": main() start");
HelloThread helloThread = new HelloThread(); // 앞서 만든 HelloThread 스레드 객체를 생성하고 start() 메서드를 호출한다.
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": start() 호출 전");
helloThread.start(); // start() 를 호출하면 HelloThread 스레드가 run() 메서드를 실행한다.
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": start() 호출 후");
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": main() end");
}
}
실행 결과
참고로 실행 결과는 스레드의 실행 순서에 따라 다를 수 있다. 프로세스가 작동하려면 스레드가 최소한 하나는 있어야 한다. 자바는 실행 시점에 main 이라는 이름의 스레드를 만들고 프로그램의 시작점인 main() 메서드를 실행한다.
main: main() start
main: start() 호출 전
main: start() 호출 후
Thread-0: run()
main: main() end
- start() 메서드 호출시 별도의 스택 공간을 할당한다. run() 으로 실행시 별도 스택 공간을 할당하지 않는다.
- run() 으로 실행시 일반적인 메서드 호출로 main 스레드에서 순차적으로 실행된다.
- 메서드를 실행하면 스택 위에 스택 프레임(함수가 일할 때 쓰는 개인 메모리 공간)이 쌓인다.
- 이렇게 생성된 별도 스레드는 main 스레드와 별개로 작업을 실행 한다.
- 스레드 간 실행 순서와 실행 기간을 모두 보장하지 않으며, 위 로그의 순서 또한 얼마든지 달라질 수 있다.
데몬 스레드
스레드는 사용자(user) 스레드와 데몬(daemon) 스레드 2가지 종류로 구분할 수 있다.
사용자 스레드는 main이 종료돼도 작업이 끝날 때까지 계속 실행되지만, 데몬 스레드는 모든 사용자 스레드가 종료되면 작업 중이어도 즉시 종료된다.
package thread.start;
public class DaemonThreadMain {
public static void main(String[] args) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": main() start");
DaemonThread daemonThread = new DaemonThread();
daemonThread.setDaemon(true); // 데몬 스레드로 설정한다.
daemonThread.start();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": main() end");
}
static class DaemonThread extends Thread {
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": run() start");
try {
Thread.sleep(10000); // 10초간 실행
} catch (InterruptedException e) { // Thread.sleep() 를 호출할 때 체크 예외인 InterruptedException 을 밖 으로 던질 수 없고 반드시 잡아야 한다.
throw new RuntimeException(e);
}
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": run() end");
}
}
}
실행 결과
main 스레드 종료 즉시 종료로 10초 이후 로그는 남지 않는다.
main: main() start
main: main() end
Thread-0: run() start
스레드 생성 - Runnable
스레드를 만들 때 Runnable 인터페이스를 구현하는 방법을 알아 본다. 실행 결과는 기존과 같다. 차이가 있다면, 스레드와 해당 스레드가 실행할 작업이 서로 분리되어 있다는 점이다. 스레드 객체를 생성할 때, 실행할 작업을 생성자로 전달하면 된다.
public class HelloRunnable implements Runnable {
@Override
public void run() {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": run()");
}
}
public class HelloRunnableMain {
public static void main(String[] args) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": main() start");
HelloRunnable runnable = new HelloRunnable();
Thread thread = new Thread(runnable);
thread.start();
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": main() end");
}
}
Thread 상속 vs Runnable 구현 차이점
스레드 사용할 때는 Thread 를 상속 받는 방법보다 Runnable 인터페이스를 구현하는 방식을 사용하자. Runnable 인터페이스 방식은 다른 클래스를 상속받아도 문제없기 때문에 상속이 자유롭다.(자바는 단일 상속만을 허용)
로거 만들기
예제 실행시 중복코드를 줄이기 위해 로거를 만든다.
public abstract class MyLogger {
private static final DateTimeFormatter formatter = DateTimeFormatter.ofPattern("HH:mm:ss.SSS");
public static void log(Object obj) {
String time = LocalTime.now().format(formatter);
// Object 타입은 %s 를 사용하면 toString() 을 사용해서 문자열로 변환 후 출력한다.
// %9s 는 다음과 같이 문자를 출력할 때 9칸을 확보한다는 뜻이다. ex) [ main] : 앞에 5칸 공백, [ Thread-0] : 앞에 1칸 공백
System.out.printf("%s [%9s] %s\n", time, Thread.currentThread().getName(), obj);
}
}
사용 예시
public class MyLoggerMain {
public static void main(String[] args) {
log("hello thread");
log(123);
}
}
여러 스레드 만들기
public class ManyThreadMainV1 {
public static void main(String[] args) {
log("main() start");
HelloRunnable runnable = new HelloRunnable();
Thread thread1 = new Thread(runnable);
thread1.start();
Thread thread2 = new Thread(runnable);
thread2.start();
Thread thread3 = new Thread(runnable);
thread3.start();
log("main() end");
}
}
실행 결과
스레드의 순서는 보장되지 않아 실행 결과는 다를 수 있으며, 여러 스레드가 생성된 것을 확인할 수 있다.
15:52:34.602 [ main] main() start
15:52:34.604 [ main] main() end
Thread-2: run()
Thread-1: run()
Thread-0: run()
Runnable을 만드는 다양한 방법
정적 중첩 클래스 사용
특정 클래스 안에서만 사용되는 경우 이렇게 중첩 클래스를 사용하면 된다.
public class InnerRunnableMainV1 {
public static void main(String[] args) {
log("main() start");
Runnable runnable = new MyRunnable();
Thread thread = new Thread(runnable);
thread.start();
log("main() end");
}
static class MyRunnable implements Runnable {
@Override
public void run() {
log("run()");
}
}
}
익명 클래스 사용
public class InnerRunnableMainV2 {
public static void main(String[] args) {
log("main() start");
Runnable runnable = new Runnable() {
@Override
public void run() {
log("run()");
}
};
Thread thread = new Thread(runnable);
thread.start();
log("main() end");
}
}
익명 클래스 변수 없이 직접 전달
public class InnerRunnableMainV3 {
public static void main(String[] args) {
log("main() start");
Thread thread = new Thread(new Runnable() {
@Override
public void run() {
log("run()");
}
});
thread.start();
log("main() end");
}
}
람다
public class InnerRunnableMainV4 {
public static void main(String[] args) {
log("main() start");
Thread thread = new Thread(() -> log("run()"));
thread.start();
log("main() end");
}
}
