자바 쓰레드 기초(Java Thread Basic)
이번엔 Java Thread에 대해 알아보고자 합니다. 시작합니다!
Java Thread Definition
자바 쓰레드Java Thread의 정의를 알기 전에 프로세스Process에 대해 알아야 합니다. 보통 우리가 만드는 프로그래밍 언어Java, C/C++ 등로 소스를 짜서 만든 것을 "프로그램"이라고 합니다. 그리고 이 프로그램을 "실행" 시켜서 동작하게 만들면 이것을 "프로세스"라고 합니다. 이 프로세스는 보통 하나의 루틴프로그램 처리 경로을 가지고 있습니다. 이 루틴은 직렬적입니다. 즉 어떠한 일을 수행하는 것에 있어 프로그래머가 원하는 순서대로 일을 처리합니다. 그러나 생각해보면 굳이 앞뒤 순서가 필요 없는 일들이 있을 때 분리해서 동시에 처리하고 싶은 생각이 들 때가 있습니다. 이 때 자바에서 사용할 수 있는 것이 쓰레드Thread입니다.
자바 쓰레드를 이용하면 하나의 프로세스에서도 병렬적으로 처리, 즉 여러 개의 처리 루틴을 가질 수 있습니다. 단순 반복의 코드를 실행할 때도 여러 개의 쓰레드를 만들어서 분리 시킨 뒤 결과 데이터를 받아 합치면 그만큼 시간을 절약할 수 있습니다.
백문이불여일견(不如一見), 실제로 간단한 쓰레드 프로그램을 구동해 봅시다.
Simple Thread Program
자바 쓰레드를 만들어서 구동하는 것 중 대표적인 것은 Thread 클래스를 상속 받는 것입니다. 실제로 쓰레드를 만들때 상속이 간편하고 편리합니다. 다음과 같은 코드를 봅시다.
/* 간단한 쓰레드 프로그램 */
import java.util.Random;
public class ThreadTest extends Thread {
private int id = -1;
public ThreadTest(int id){
this.id = id;
}
public void run(){
System.out.println( id + "번 쓰레드 동작 중..." );
Random r = new Random(System.currentTimeMillis());
try {
long s = r.nextInt(3000); // 3초내로 끝내자.
Thread.sleep(s); // 쓰레드를 잠시 멈춤
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println( id + "번 쓰레드 동작 종료..." );
}
public static void main(String[] args) {
System.out.println("Start main method.");
for(int i = 0 ; i < 10 ; i++ ){
ThreadTest test = new ThreadTest(i);
test.start(); // 이 메소드를 실행하면 Thread 내의 run()을 수행한다.
}
System.out.println("End main method.");
}
}
이 코드에서 알 수 있는 것은 Thread 클래스를 상속받아 run() 메소드를 오버라이드Override했다는 것을 알 수 있습니다. run() 메소드 안에서 Thread.sleep() 메소드를 이용해 쓰레드를 잠시 멈출 수 있다는 것과 main() 메소드에서 쓰레드를 생성하고 start() 메소드를 이용해 쓰레드를 실행하는 것까지 알 수 있습니다.
start()를 실행하면 내부적으로 쓰레드의 run() 메소드를 실행합니다. 만약 Thread를 상속받았는데도 run() 메소드를 오버라이드 하지 않는다면 아무런 동작을 안하는 것처럼 보일겁니다. 그리고 위 프로그램의 실행 결과는 다음과 같습니다.
Start main method. 0번 쓰레드 동작 중... 2번 쓰레드 동작 중... 1번 쓰레드 동작 중... 3번 쓰레드 동작 중... 4번 쓰레드 동작 중... 5번 쓰레드 동작 중... 6번 쓰레드 동작 중... 7번 쓰레드 동작 중... End main method. 9번 쓰레드 동작 중... 8번 쓰레드 동작 중... 1번 쓰레드 동작 종료... 4번 쓰레드 동작 종료... 8번 쓰레드 동작 종료... 7번 쓰레드 동작 종료... 9번 쓰레드 동작 종료... 6번 쓰레드 동작 종료... 0번 쓰레드 동작 종료... 2번 쓰레드 동작 종료... 5번 쓰레드 동작 종료... 3번 쓰레드 동작 종료...
여기서 main() 메소드가 자신이 실행 시킨 쓰레드들이 종료가 되지 않았음에도 먼저 끝나버리는 것을 볼 수 있습니다. 지금 프로그램에서는 별 문제가 없어보일 수도 있습니다만 코드를 조금만 바꿔서 다시 봅시다.
/* 간단한 쓰레드 프로그램(변경 1) */
import java.util.Random;
public class ThreadTest extends Thread {
// index 변수를 추가해서 스레드가 동작시에 해당 변수를 증가시키도록 할겁니다.
private static int index = 0;
private int id = -1;
public ThreadTest(int id){
this.id = id;
}
public void run(){
System.out.println( id + "번 쓰레드 동작 중..." );
Random r = new Random(System.currentTimeMillis());
try {
long s = r.nextInt(3000); // 3초내로 끝내자.
Thread.sleep(s); // 쓰레드를 잠시 멈춤
index++; // index 변수를 증가시킵니다.
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println( id + "번 쓰레드 동작 종료..." );
}
public static void main(String[] args) {
System.out.println("Start main method.");
for(int i = 0 ; i < 10 ; i++ ){
ThreadTest test = new ThreadTest(i);
test.start(); // 이 메소드를 실행하면 Thread 내의 run()을 수행한다.
}
System.out.println("current Index: "+ index); // index의 값을 반환합니다.
System.out.println("End main method.");
}
}
프로그래머 입장이라면 스레드가 하나씩 증가시킬 것이라 예상을 하고 index 변수를 프로그램 마지막에 출력해보면 10이 찍힐 것이라 예상할 수 있습니다. 실행 시킨 쓰레드는 총 10개이니까요. 하지만 결과는 다음과 같습니다.
Start main method. 0번 쓰레드 동작 중... 1번 쓰레드 동작 중... 2번 쓰레드 동작 중... 3번 쓰레드 동작 중... 4번 쓰레드 동작 중... 5번 쓰레드 동작 중... 6번 쓰레드 동작 중... 7번 쓰레드 동작 중... current Index: 0 8번 쓰레드 동작 중... 9번 쓰레드 동작 중... End main method. 5번 쓰레드 동작 종료... 6번 쓰레드 동작 종료... 1번 쓰레드 동작 종료... 0번 쓰레드 동작 종료... 3번 쓰레드 동작 종료... 2번 쓰레드 동작 종료... 4번 쓰레드 동작 종료... 8번 쓰레드 동작 종료... 9번 쓰레드 동작 종료... 7번 쓰레드 동작 종료...
문제가 생겼습니다. 프로그래머의 의도대로 코드가 동작하지 않는것이죠. 만약 index 변수를 가지고 다른 작업을 처리하는 코드가 포함 됐다면 이 프로그램은 오류를 만들어낼 것이 틀림 없습니다. 그래서 main() 메소드도 쓰레드라는 것을 생각하고선 다음처럼 만들어 봤습니다.
/* 간단한 쓰레드 프로그램(변경 2) */
import java.util.Random;
public class ThreadTest extends Thread {
// index 변수를 추가해서 스레드가 동작시에 해당 변수를 증가시키도록 할겁니다.
private static int index = 0;
private int id = -1;
public ThreadTest(int id){
this.id = id;
}
public void run(){
System.out.println( id + "번 쓰레드 동작 중..." );
Random r = new Random(System.currentTimeMillis());
try {
long s = r.nextInt(3000); // 3초내로 끝내자.
Thread.sleep(s); // 쓰레드를 잠시 멈춤
index++; // index 변수를 증가시킵니다.
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println( id + "번 쓰레드 동작 종료..." );
}
public static void main(String[] args) {
System.out.println("Start main method.");
for(int i = 0 ; i < 10 ; i++ ){
ThreadTest test = new ThreadTest(i);
test.start(); // 이 메소드를 실행하면 Thread 내의 run()을 수행한다.
}
try {
Thread.sleep(5000); // 쓰레드가 종료할 때까지의 충분한 시간을 기다립니다.
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println("current Index: "+ index); // index의 값을 반환합니다.
System.out.println("End main method.");
}
}
아까와 다르게 메인 메소드 내에서 sleep() 메소드를 추가했습니다. 프로그램 내에서 쓰레드가 3초 내로 끝난다는 것을 알고 있기 때문에 일부러 메인 메소드에선 5초를 멈추게 했습니다. 그럼 의도대로 실행이 될까요?
Start main method. 0번 쓰레드 동작 중... 1번 쓰레드 동작 중... 2번 쓰레드 동작 중... 3번 쓰레드 동작 중... 4번 쓰레드 동작 중... 5번 쓰레드 동작 중... 6번 쓰레드 동작 중... 7번 쓰레드 동작 중... 8번 쓰레드 동작 중... 9번 쓰레드 동작 중... 9번 쓰레드 동작 종료... 8번 쓰레드 동작 종료... 6번 쓰레드 동작 종료... 7번 쓰레드 동작 종료... 1번 쓰레드 동작 종료... 2번 쓰레드 동작 종료... 3번 쓰레드 동작 종료... 0번 쓰레드 동작 종료... 5번 쓰레드 동작 종료... 4번 쓰레드 동작 종료... current Index: 7 End main method.
이 방법은 코드가 예쁘지도 않고 나쁜 코드에 속하며 게다가 결과값도 의도치 않는 값이 나옵니다. index 값은 프로그램 실행 할때마다 달라질텐데 이건 추후에 다른 측면으로 설명하고자 하고 이 코드는 폐기합니다. 이런 코드 쓰면 안되요.
Thread Join
메인 메소드가 자신이 실행시킨 쓰레드들이 전부 종료되기도 전에 먼저 종료가 되는 것을 해결하는 좋은 방법은 쓰레드 조인Thread Join을 이용하는 것입니다. 쓰레드 조인은 현재 스레드가 동작중이면 동작이 끝날때까지 기다리는 메소드입니다. 물론 기다리는 시간도 정해줄 수 있습니다만, 여기에선 간단하게 작성해 봅니다.
/* 간단한 쓰레드 프로그램(변경 3) */
import java.util.ArrayList;
import java.util.Random;
public class ThreadTest extends Thread {
// index 변수를 추가해서 스레드가 동작시에 해당 변수를 증가시키도록 할겁니다.
private static int index = 0;
private int id = -1;
public ThreadTest(int id){
this.id = id;
}
public void run(){
System.out.println( id + "번 쓰레드 동작 중..." );
Random r = new Random(System.currentTimeMillis());
try {
long s = r.nextInt(3000); // 3초내로 끝내자.
Thread.sleep(s); // 쓰레드를 잠시 멈춤
index++; // index 변수를 증가시킵니다.
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println( id + "번 쓰레드 동작 종료..." );
}
public static void main(String[] args) {
System.out.println("Start main method.");
ArrayList<Thread> threadList = new ArrayList<Thread>();
for(int i = 0 ; i < 10 ; i++ ){
ThreadTest test = new ThreadTest(i);
test.start(); // 이 메소드를 실행하면 Thread 내의 run()을 수행한다.
threadList.add(test); // 생성한 쓰레드를 리스트에 삽입
}
for(int i = 0 ; i < threadList.size(); i++){
try {
threadList.get(i).join(); // 쓰레드의 처리가 끝날때까지 기다립니다.
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.println("current Index: "+ index); // index의 값을 반환합니다.
System.out.println("End main method.");
}
}
추가가 된 것은 threadList에 쓰레드를 삽입하고 이후 threadList를 순회하며 각 쓰레드에서 join() 메소드를 실행시켜주는 것입니다. 이렇게 작성하고 프로그램을 돌리면 어떤 결과가 나올까요?
Start main method. 0번 쓰레드 동작 중... 1번 쓰레드 동작 중... 2번 쓰레드 동작 중... 3번 쓰레드 동작 중... 4번 쓰레드 동작 중... 5번 쓰레드 동작 중... 6번 쓰레드 동작 중... 7번 쓰레드 동작 중... 8번 쓰레드 동작 중... 9번 쓰레드 동작 중... 4번 쓰레드 동작 종료... 1번 쓰레드 동작 종료... 6번 쓰레드 동작 종료... 5번 쓰레드 동작 종료... 0번 쓰레드 동작 종료... 2번 쓰레드 동작 종료... 3번 쓰레드 동작 종료... 8번 쓰레드 동작 종료... 7번 쓰레드 동작 종료... 9번 쓰레드 동작 종료... current Index: 9 End main method.
운이 좋으면 current Index 값이 10으로 출력 될 수도 있겠습니다만, 대부분은 오차가 나옵니다. 하지만 원래 의도했던 쓰레드가 모두 종료 된 뒤 메인 메소드 종료라는 문제는 해결이 됐습니다. 그러면 이제 남은 것은 index의 값이 멋대로 바뀌는 현상이 왜 생기는지 알아봅시다.
Thread Synchronized
쓰레드 사이에서 공통적으로 사용해야할 객체가 있다면 동기화synchronization에 대해 고민을 해야 합니다. 동기화가 무엇인지에 대한 것은 다른 포스팅에서 설명 하기로 하고 지금 포스팅에서는 동기화 문제를 해결하기 위한 코드를 삽입하겠습니다.
/* 간단한 쓰레드 프로그램(변경 4) */
import java.util.ArrayList;
import java.util.Random;
public class ThreadTest extends Thread {
// index 변수를 추가해서 스레드가 동작시에 해당 변수를 증가시키도록 할겁니다.
private static int index = 0;
private int id = -1;
public ThreadTest(int id){
this.id = id;
}
public void run(){
System.out.println( id + "번 쓰레드 동작 중..." );
Random r = new Random(System.currentTimeMillis());
try {
long s = r.nextInt(3000); // 3초내로 끝내자.
Thread.sleep(s); // 쓰레드를 잠시 멈춤
setIndex();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
System.out.println( id + "번 쓰레드 동작 종료..." );
}
public synchronized static void setIndex(){
index++; // index 변수를 증가시킵니다.
}
public static void main(String[] args) {
System.out.println("Start main method.");
ArrayList<Thread> threadList = new ArrayList<Thread>();
for(int i = 0 ; i < 10 ; i++ ){
ThreadTest test = new ThreadTest(i);
test.start(); // 이 메소드를 실행하면 Thread 내의 run()을 수행한다.
threadList.add(test); // 생성한 쓰레드를 리스트에 삽입
}
for(int i = 0 ; i < threadList.size(); i++){
try {
threadList.get(i).join(); // 쓰레드의 처리가 끝날때까지 기다립니다.
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
System.out.println("current Index: "+ index); // index의 값을 반환합니다.
System.out.println("End main method.");
}
}
새로운 정적 메소드인 setIndex()가 추가 되었습니다. 그리고 동기화를 위한 키워드인 synchronized도 붙어 있습니다. 이 키워드가 있는 한 setIndex()를 쓰레드들이 동시에 접근할 수 없습니다. 한번에 하나씩만 접근할 수 있습니다. 따라서 이렇게 만들어진 프로그램을 구동하면 다음과 같은 결과가 나옵니다.
Start main method. 0번 쓰레드 동작 중... 1번 쓰레드 동작 중... 2번 쓰레드 동작 중... 3번 쓰레드 동작 중... 4번 쓰레드 동작 중... 5번 쓰레드 동작 중... 6번 쓰레드 동작 중... 7번 쓰레드 동작 중... 8번 쓰레드 동작 중... 9번 쓰레드 동작 중... 7번 쓰레드 동작 종료... 9번 쓰레드 동작 종료... 4번 쓰레드 동작 종료... 5번 쓰레드 동작 종료... 3번 쓰레드 동작 종료... 2번 쓰레드 동작 종료... 8번 쓰레드 동작 종료... 6번 쓰레드 동작 종료... 1번 쓰레드 동작 종료... 0번 쓰레드 동작 종료... current Index: 10 End main method.
아무리 프로그램을 재실행해도 아까처럼 이상한 index가 잡히진 않습니다. 원하는대로 구현이 된것입니다. 그러나 이렇게 난잡한 코드를 예제로 쓰는것도 처음입니다. -_-; 실무에서 쓰면 상사에게 뒷통수 맞기 좋습니다. 예제로만 봐주세요.
Closing Remarks
해당 포스팅에서 자바 쓰레드를 만들어 실행하는 것과 join() 메소드, 동기화에 대한 문제 해결까지 간략하게 알아 봤습니다. 그러나 처음에 말씀 드렸던 것처럼 자바 쓰레드를 만드는 법은 Thread 클래스를 상속 받는 것 외에 또 다른 방법이 있습니다. 바로 Runnable 인터페이스를 사용하는 것인데 이 포스팅이 너무 길어질것 같아서 이 방법은 다음 포스팅에서 다루겠습니다. 그때까지 Bye ~ :)