섹션 3. 스레드 생성과 실행(1)

[manijang2]

스레드 시작1

1. 자바 메모리 구조 복습

1) 메서드 영역(Method Area)

• 메서드 영역은 프로그램 실행에 필요한 공통 데이터를 관리하는 영역이다.
• 이 영역은 프로세스 내 모든 스레드가 공유하며, 다음과 같은 정보가 저장된다.
  • 클래스 정보 : 클래스의 실행 코드(바이트코드), 필드, 메서드 정보
  • static 영역 : 클래스 변수(static 변수)가 저장된다.
  • 런타임 상수 풀(Runtime Constant Pool) : 리터럴 상수 및 심볼 참조 정보가 저장된다.

2) 스택 영역(Stack Area)

• 스택 영역은 스레드마다 독립적으로 생성되는 메모리 공간이다.
• 스레드가 생성될 때마다 해당 스레드만을 위한 실행 스택이 만들어진다.
• 스택에는 지역 변수, 메서드 호출 정보, 중간 연산 결과 등이 저장된다.
• 하나의 메서드가 호출될 때마다 스택 프레임(Stack Frame) 이 생성되고, 메서드가 종료되면 해당 스택 프레임이 제거된다.

3) 힙 영역(Heap Area)

• 힙 영역은 객체와 배열이 동적으로 생성되는 공간이다.
• 모든 스레드가 공유하며, 가비지 컬렉션(GC)에 의해 더 이상 참조되지 않는 객체가 제거된다.
• JVM의 주요 메모리 영역 중 가장 크며, 프로그램 성능에 큰 영향을 미친다.

2. 스레드 생성

• 자바에서는 스레드를 객체 단위로 생성하고 제어할 수 있다.
• Thread 클래스를 상속받거나 Runnable 인터페이스를 구현하여 스레드를 만들 수 있다.

package thread.start;

public class HelloThread extends Thread{

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : run()");
        // Thread-0 : run()
    }
}

• Thread 클래스를 상속받고 run() 메서드를 재정의하여 스레드가 수행할 작업을 정의한다.
• Thread.currentThread().getName()은 현재 실행 중인 스레드의 이름을 반환한다.
• 이 메서드를 통해 main 스레드와 새로 생성된 스레드가 독립적으로 실행되는 것을 확인할 수 있다.

package thread.start;

public class HelloThreadMain {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : main() start");  // main : main() start

        HelloThread helloThread = new HelloThread();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : start() 호출 전");  // main : start() 호출 전

        helloThread.start();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : main() 호출 후");  // main : main() 호출 후
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : main() end");    // main : main() end
    }
}

• start() 메서드는 새로운 스레드를 시작하는 메서드이다.
• JVM은 이 메서드를 호출하면 새로운 호출 스택을 생성하고 run() 메서드를 별도의 스레드에서 실행한다.
• 반면 run() 메서드를 직접 호출하면 새로운 스레드가 생성되지 않고, 단순히 main 스레드에서 실행된다.

• helloThread.start()를 호출하면 자바는 스레드를 위한 별도의 스택 공간을 할당하고 run() 메서드를 실행시킨다.
• 스레드 이름을 지정하지 않으면 "Thread-0", "Thread-1" 등과 같은 기본 이름이 자동으로 부여된다.

• start() 메서드를 호출하면 main 스레드는 멈추지 않고 계속 실행된다.
• main 스레드는 단지 Thread-0 스레드에게 run() 메서드를 실행하도록 요청할 뿐이며, 실제 실행 순서는 CPU 스케줄러에 의해 결정된다.

3. 스레드 특징

1) 스레드 간의 실행 순서는 보장하지 않는다.

• 스레드는 운영체제의 스케줄러(Scheduler) 에 의해 실행 순서가 결정되므로, 실행 결과가 매번 달라질 수 있다.
• 다음 예시는 실행할 때마다 순서가 바뀔 수 있다.

main: main() start
main: start() 호출 전
main: start() 호출 후
main: main() end
Thread-0: run()

main: main() start
main: start() 호출 전
Thread-0: run()
main: start() 호출 후
main: main() end

main: main() thread.start
main: start() 호출 전
main: start() 호출 후
Thread-0: run()
main: main() end

• 이처럼 실행 순서는 CPU 상태, 스케줄러 우선순위, 다른 스레드의 점유 시간 등에 따라 달라진다.
• 따라서 멀티스레드 환경에서는 실행 순서나 타이밍에 의존하는 코드를 작성하면 안 된다.

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스레드 시작2

1. start() vs run()

package thread.start;

public class BadThreadMain {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : main() start");

        HelloThread helloThread = new HelloThread();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : start() 호출 전");
        helloThread.run(); // run() 직접 호출
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : main() 호출 후");

        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : main() end");
    }
}

• 위 코드는 helloThread.start() 메서드 대신 helloThread.run() 메서드를 직접 호출한 예시이다.
• 즉, 스레드를 새로 생성하는 것이 아니라, 단순히 일반 메서드 호출처럼 main 스레드에서 실행하는 것이다.

main : main() start
main : start() 호출 전
main : run()
main : main() 호출 후
main : main() end

• 출력 결과를 보면 "Thread-0" 스레드가 등장하지 않는다.
• 이는 새로운 스레드가 생성된 것이 아니라, main 스레드가 직접 run() 메서드를 실행한 것임을 보여준다.

• 결국 run() 메서드는 단순한 일반 메서드 호출에 불과하다.
• 따라서 이 코드는 멀티스레드 환경이 아닌 단일 스레드 환경에서 모든 로직이 순차적으로 실행된다.

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데몬 스레드

1. 스레드의 종류

1) 사용자 스레드

• 사용자 스레드는 프로그램의 주요 로직을 수행하는 스레드이다.
• 작업이 완료될 때까지 계속 실행되며, 모든 사용자 스레드가 종료되어야 JVM이 종료된다.
• 즉, 프로그램의 종료 시점을 결정하는 주체가 된다.

2) 데몬 스레드

• 데몬 스레드는 백그라운드에서 보조적인 작업을 수행하는 스레드이다.
• 예를 들어, 가비지 컬렉터나 모니터링용 스레드 등이 데몬 스레드의 대표적인 예이다.
• 모든 사용자 스레드가 종료되면, 데몬 스레드는 자동으로 종료된다. 즉, JVM은 데몬 스레드가 남아 있더라도 프로그램을 강제로 종료시킨다.

package thread.start;

public class DemonThreadMain {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : main() start");

        DaemonThread daemonThread = new DaemonThread();
        daemonThread.setDaemon(true);  // 데몬 스레드로 설정 (기본값: false)
        daemonThread.start();          // 데몬 설정은 start() 호출 전에 반드시 해야 함

        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(10_000);  // 10초 동안 대기
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new RuntimeException(e);
            }
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : run() end");
        }
    }
}

• setDaemon(true) 메서드는 스레드를 데몬 스레드로 지정한다.
• 데몬 스레드 여부는 반드시 start() 메서드 호출 전에 지정해야 하며, 그렇지 않으면 IllegalThreadStateException이 발생한다.
• 위 코드에서 DaemonThread는 데몬 스레드로 설정되어 있으므로, main 스레드(유일한 사용자 스레드)가 종료되는 순간 JVM이 함께 종료된다.
• 따라서 run() end 메시지는 출력되지 않는다.

main : main() start
main : main() end
Thread-0 : run() start

• 데몬 스레드로 설정되면, 유일한 사용자 스레드인 main 스레드가 종료되면서 자바 프로그램도 종료된다.
• 따라서, run() end메세지가 출력되기 전에 프로그램이 종료된다.
• 만약, 데몬 스레드가 아닌 사용자 스레드라면, main 스레드가 종료되어도 사용자 스레드가 종료되기 전까지 자바 프로그램은 종료되지 않는다.

main : main() start
main : main() end
Thread-0 : run() start
Thread-0 : run() end

• 이처럼 사용자 스레드는 프로그램의 생명주기에 직접 영향을 미치지만, 데몬 스레드는 사용자 스레드의 보조 역할을 하며 JVM 종료 시 함께 종료된다는 점이 가장 큰 차이이다.

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Runnable

1. Runnable

• 스레드를 생성하는 방법에는 Thread 클래스를 상속받는 방법과 Runnable 인터페이스를 구현하는 방법이 있다.

package java.lang;

public interface Runnable {
    void run();
}

• Runnable 인터페이스는 오직 하나의 추상 메서드인 run()을 가지고 있으며, 이를 반드시 구현해야 한다.

public class HelloRunnable implements Runnable {

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : run()");
    }
}

• 위 예제는 Runnable 인터페이스를 구현하여 run() 메서드 내부에 실행할 작업을 정의한 것이다.

package thread.start;

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");
    }
}

• Runnable을 구현한 객체를 Thread 생성자의 인자로 전달하여 스레드를 실행한다.
• 실행 결과는 Thread 클래스를 직접 상속받은 경우와 동일하게 동작한다.
• 단, Runnable 방식은 스레드(Thread)와 실행할 작업(Task)이 분리되어 있다는 점이 다르다. 즉, 스레드 객체는 실행할 작업을 생성자를 통해 전달받는다.

2. Thread 상속 vs Runnable 구현

• 스레드를 구현할 때는 Thread 클래스를 직접 상속받는 것보다 Runnable 인터페이스를 구현하는 방식을 권장한다.

1) Thread 상속

• 장점
  • Thread 클래스를 상속받아 run() 메서드만 재정의하면 되므로 구현이 간단하다.
• 단점
  • 자바는 단일 상속만 허용하므로, 이미 다른 클래스를 상속 중이라면 Thread 클래스를 상속받을 수 없다.
  • 스레드와 작업이 한 클래스에 결합되어 있어 유연성이 떨어진다.

2) Runnable 구현

• 장점
  • 다른 클래스를 상속받고 있더라도 Runnable을 구현하여 문제없이 스레드를 정의할 수 있다.
  • 스레드(Thread)와 실행할 작업(Runnable)이 분리되어 있어 코드의 가독성과 재사용성이 높다.
  • 하나의 Runnable 객체를 여러 스레드에서 공유할 수 있으므로 자원 관리가 효율적이다.
• 단점
  • Runnable 객체를 생성하고, 이를 Thread 생성자에 전달하는 추가 과정이 필요하므로 코드가 약간 복잡해진다.