Java

2024.05.01 JAVA 유용한 클래스 자바 multi-threading 이란

정훈5 2024. 5. 1. 14:06 
학습 목표 

1. 자바에서 멀티 스레딩(Multi-threading)에 대해 알아 보자. 
2. 멀티 Thread 프로그래밍에서의 동기화란?

 

자바에서 멀티 스레딩(Multi-threading)에 대해 알아 보자.

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

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

시나리오 코드

package basic.ch23;

public class BankAccount {

	private int money = 100_000;

	public int getMoney() {
		return money;
	}

	// 현재 잔액 10만원 .... 상태
	public void setMoney(int money) {
		this.money = money;
	}

	// 입금 기능
	public void saveMoney(int money) {
		int currentMoney = getMoney(); // 현재 잔액
		// 시간이 걸림
		try {
			Thread.sleep(3000); // Thread.sleep 3초 딜레이
		} catch (InterruptedException e) {
			// TODO Auto-generated catch block
			e.printStackTrace();
		}
		// 10만원 + 1만원 => 결과 11만원, 5천원은?
		setMoney(currentMoney + money); // 금액 set 설정
		System.out.println("입금 후 계좌 잔액 : " + getMoney());

	}

	// 출금 기능
	public int withDraw(int money) {
		// 현재 잔액 10만원 ...
		int currentMoney = getMoney();
		// 시간이 걸림
		try {
			Thread.sleep(500); // Thread.sleep 0.5초 딜레이
		} catch (InterruptedException e) {
			// TODO Auto-generated catch block
			e.printStackTrace();
		}

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

}

 

package basic.ch23;

public class Father extends Thread {
	
	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);
		
		
		
		super.run();
	}
	
	

}
package basic.ch23;

public class Mother extends Thread {

	BankAccount account;

	public Mother(BankAccount account) {
		// 객체가 될 때 맨 처음 동작하는 코드는 생성자이다.
		this.account = account;
	}

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

}

 

package basic.ch23;

public class MainTest {

	public static void main(String[] args) {
		// 현재 잔액 100_000 만원
		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 - 5천원 ==> 10만5천원 남아야 정상
	}

}

 

결과 오류

멀티 스레딩의 장점

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

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 제공합니다.

멀티 Thread 프로그래밍에서의 동기화란?

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 제어
● 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
 

시나리오 코드 1  synchronized 사용방법 1

package basic.ch23;

public class BankAccount {

	private int money = 100_000;

	public int getMoney() {
		return money;
	}

	// 현재 잔액 10만원 .... 상태
	public void setMoney(int money) {
		this.money = money;
	}

	// 입금 기능
	// synchronized : 코드를 순차적으로 작동시킨다.
	public synchronized void saveMoney(int money) {
		int currentMoney = getMoney(); // 현재 잔액
		// 시간이 걸림
		try {
			Thread.sleep(3000); // Thread.sleep 3초 딜레이
		} catch (InterruptedException e) {
			// TODO Auto-generated catch block
			e.printStackTrace();
		}
		// 10만원 + 1만원 => 결과 11만원, 5천원은?
		setMoney(currentMoney + money); // 금액 set 설정
		System.out.println("입금 후 계좌 잔액 : " + getMoney());

	}

	// 출금 기능
	// synchronized : 코드를 순차적으로 작동시킨다.
	public synchronized int withDraw(int money) {
		// 현재 잔액 10만원 ...
		int currentMoney = getMoney();
		// 시간이 걸림
		try {
			Thread.sleep(500); // Thread.sleep 0.5초 딜레이
		} catch (InterruptedException e) {
			// TODO Auto-generated catch block
			e.printStackTrace();
		}

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

}

 

시나리오 코드 1  synchronized 사용방법 2

package basic.ch23;

public class BankAccount {

	private int money = 100_000;

	public int getMoney() {
		return money;
	}

	// 현재 잔액 10만원 .... 상태
	public void setMoney(int money) {
		this.money = money;
	}

	// 입금 기능
	// synchronized : 코드를 순차적으로 작동시킨다.
	public void saveMoney(int money) {

		synchronized (this) {

			int currentMoney = getMoney(); // 현재 잔액
			// 시간이 걸림
			try {
				Thread.sleep(3000); // Thread.sleep 3초 딜레이
			} catch (InterruptedException e) {
				// TODO Auto-generated catch block
				e.printStackTrace();
			}
			// 10만원 + 1만원 => 결과 11만원, 5천원은?
			setMoney(currentMoney + money); // 금액 set 설정
			System.out.println("입금 후 계좌 잔액 : " + getMoney());
		}

	}

	// 출금 기능
	// synchronized : 코드를 순차적으로 작동시킨다.
	public int withDraw(int money) {

		synchronized (this) {
			// 현재 잔액 10만원 ...
			int currentMoney = getMoney();
			// 시간이 걸림
			try {
				Thread.sleep(500); // Thread.sleep 0.5초 딜레이
			} catch (InterruptedException e) {
				// TODO Auto-generated catch block
				e.printStackTrace();
			}

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

}

 

결과

 

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