자바 multi-threading

multi-threading

자바에서 멀티 스레딩(Multi-threading)은 프로그램의 여러 부분이 동시에 실행되도록 하는 기술이다.
이를 통해 자원의 효율적 사용과 응용 프로그램의 반응성 향상을 달성할 수 있다.
멀티 스레딩은 하나의 프로세스 내에서 여러 개의 스레드를 생성하여 각 스레드가 작업을 수행하도록 함으로써 병렬 처리를 가능하게 한다.

 

• 여러 thread가 동시에 수행되는 프로그래밍, 여러 작업이 동시에 실행되는 효과
• thread는 각각 자신만의 작업 공간을 가짐 ( call Stack )
• 각 thread 사이에서 공유하는 자원이 있을 수 있음 (자바에서는 static instance)
• 여러 thread가 자원을 공유하여 작업이 수행되는 경우, 서로 자원을 차지하려는 race condition이 발생할 수 있음
• 이렇게 여러 thread가 공유하는 자원중 경쟁이 발생하는 부분을 critical section 이라고 함

critical section

• critical section에 대한 동기화( 일종의 순차적 수행)를 구현하지 않으면 오류가 발생할 수 있음

 

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멀티 스레딩의 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 스레딩 환경에서는 여러 스레드가 동일한 자원에 동시에 접근할 때 발생할 수 있는 문제들(예: 경쟁 상태, 교착 상태)을 고려해야 합니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 자바는 동기화(synchronization) 메커니즘을 제공한다.

 

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멀티 Thread 프로그래밍에서의 동기화

동기화 (synchronization)란

● 두 개의 thread 가 같은 객체에 접근 할 경우, 동시에 접근 함으로써 오류가 발생

● 동기화는 임계영역에 접근한 경우 공유자원을 lock 하여 다른 thread의 접근을 못하게 제어한다.

● 자바에서는 synchronized 메서드나 synchronized 블럭을 사용

 

해결 방안

● synchronized 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 스레드가 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
	public synchronized void saveMoney(int money) {

		// 현재 잔액 10만원..
		int currnetMoney = getMoney();

		// 시간이 걸림
		try {
			Thread.sleep(3000);
		} catch (InterruptedException e) {
			e.printStackTrace();
		}
		// 10만원 + 1만원
		setMoney(currnetMoney + money); // 잔액에 입금 한 돈이 더해져 setMoney로 들어감

		System.out.println("입금 후 계좌 잔액 : " + getMoney());
	}

	// 출금

	public int withDraw(int money) {
	
		synchronized (this) {

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


			// 출금은 0.5초 정도 시간이 걸림
			try {
				Thread.sleep(500);
			} catch (InterruptedException e) {
				e.printStackTrace();
			}

			// 방어적 코드 작성
			if (currentMoney >= money) {
				// 10 - 5천원 = 9만 5천원
				setMoney(currentMoney - money);
				System.out.println("출금 후 계좌 잔액 : " + getMoney());
				return money;
			} else {
				System.out.println("계좌 잔액이 부족합니다.");
				return 0;

			}
		}
	}
}

 

package basic.ch23;

public class Father extends Thread {
	
	// BankAccount account = new BankAccount();
	BankAccount account; // 메모리 공간 선언
	
	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 위임
		account.saveMoney(10_000);
	}

}

 

package basic.ch23;

public class Mother extends Thread {

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

 

package basic.ch23;

public class MainTest {

	public static void main(String[] args) {
		// 현재 잔액 : 100_000 원 
		BankAccount account = new BankAccount();
		
		// 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(아버지) - 5천원(어머니) = 10만 5천원
	}

}