Java ‐ 멀티쓰레딩과 동시성 프로그래밍 - thought-corner/Backend-PlayGround GitHub Wiki

왜 멀티쓰레딩이 필요한지?

작업을 순서대로 처리하게 되면 하나가 끝날 때까지 다음 작업을 하지 못하게 된다.
비효율적인 자원 사용 방식 : sleep() 동안 CPU는 작업을 중단하고 대기한다.
이와 같이 비효율적인 자원 사용 방식을 타개하기 위해 동시에 여러 작업을 처리하고 싶을 때 멀티쓰레딩이 필요하다.

멀티쓰레딩

하나의 프로그램에서 여러 작업(쓰레드)을 동시에 실행하는 것
대기 시간이 많은 작업을 병렬로 처리할 수 있어 성능 향상 가능 - CPU가 놀지 않고 다른 작업을 동시에 처리할 수 있다.
특히 네트워크, 파일 I/O, UI 등에서 주로 사용된다.

멀티쓰레딩을 구현하는 방법 1 - Thread 클래스 상속

start() 메서드를 호출하면 새로운 스레드가 실행된다.
run()을 직접 호출하면 멀티 스레딩이 되지 않으므로 반드시 start()를 호출해야한다.

class MyThread extends Thread {
    private String name;
    
    public MyThread(String name) {
        this.name = name;
    }
 
    @Override
    public void run() {
        try {
            Thread.sleep(1000); // 1초 대기
            System.out.println(name + " 완료");
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
    Thread t1 = new MyThread("작업 1");
    Thread t2 = new MyThread("작업 2");
    Thread t3 = new MyThread("작업 3");
 
    t1.start();
    t2.start();
    t3.start();
    }
}

멀티쓰레딩을 구현하는 방법 2 - Runnable 인터페이스를 구현하는 방법

Thread 상속 방식보다 유연하며, 다른 클래스도 동시에 상속 가능
Thread를 상속받지 않고, Runnable 인터페이스를 구현
Thread 객체를 생성할 때 Runnable 객체를 전달하여 실행

class MyRunnable implements Runnable {
    private String name;
    
    public MyRunnable(String name) {
        this.name = name;
    }
 
    @Override
    public void run() {
        try {
            Thread.sleep(1000); // 1초 대기
            System.out.println(name + "완료");
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Thread t1 = new Thread(new MyRunnable("작업 1"));
        Thread t2 = new Thread(new MyRunnable("작업 2"));
        Thread t3 = new Thread(new MyRunnable("작업 3"));
 
        t1.start();
        t2.start();
        t3.start();
    }
}

Runnable 인터페이스를 구현하는 방법 3 - Executors 프레임워크 사용

ExecutorService를 사용하여 스레드를 효율적으로 관리할 수 있다.
스레드 개수를 자동으로 조절하며, 스레드 풀(Thread Pool) 기능을 제공한다.
직접 Thread를 생성하는 것보다 성능과 안정성이 뛰어나다.

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(3); // 3개 스레드 사용
        Runnable task = () -> {
            try {
                Thread.sleep(1000); // 1초 대기
                System.out.println("스레드 실행: " + Thread.currentThread().getName());
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        };
 
        for (int i = 0; i < 5; i++) {
            executor.execute(task); // 스레드 풀에서 스레드 실행
        }
        executor.shutdown(); // 스레드 풀 종료
    }
}

📚Thread Pool

쓰레드 풀이란 병행 실행을 달성하기 위한 소프트웨어 디자인 패턴이다. 병행 실행을 위해 할당될 테스크를 기다리는 여러 쓰레드를 유지한다.

쓰레드 풀을 유지함으로써 성능을 향상시키고 짧은 수명 테스크를 위해 쓰레드를 빈번하게 생성하고 소멸하는 데 따른 실행 지연을 방지한다.

쓰레드 풀의 크기는 테스크 실행을 위해 예비로 유지되는 쓰레드의 수이다. 일반적으로 애플리케이션의 튜닝 가능한 매개변수이며, 프로그램 성능을 최적화하기 위해 조정된다.

각 테스트에 대해 새로운 쓰레드를 생성하는 것보다 쓰레드 풀의 한 가지 이점은 쓰레드 생성 및 파괴 오버헤드가 풀의 초기 생성으로 제한되어 더 나은 성능과 더 나은 시스템 안정성을 가져올 수 있다는 것이다. 그러나 과유불급이란 말이 있듯이, 예비 쓰레드 수가 과도하면 메모리가 낭비되고 실행 가능한 쓰레드 간의 컨텍스트 스위칭이 오히려 빈번해져 성능 저하를 초래한다.

너무 많은 쓰레드를 생성하면 리소스가 낭비되고 사용되지 않는 쓰레드를 생성하는 데 시간이 소요되고 반대로 너무 많은 쓰레드를 파괴하면 나중에 다시 생성할 때 많은 시간이 필요하다.

너무 느리게 쓰레드를 생성하면 긴 대기 시간으로 인해 클라이언트 성능이 저하될 수 있고 너무 느리게 쓰레드를 파괴하면 다른 프로세스의 리소스가 부족해질 수 있다.