스레드 Pool

병렬 작업 처리가 많아지면 스레드 갯수가 증가하고 그에 따른 스레드 생성과 스케줄링으로 인해 메모리 사용량이 늘어납니다.
갑작스런 병렬 작업의 폭증으로 인한 스레드의 폭증을 막으려면 스레드풀을 사용해야 합니다.

스레드풀은 작업 처리에 사용되는 스레드를 제한된 갯수만큼 정해 놓고 큐에 들어오는 작업들을 하나씩 스레드가 맡아 처리합니다. 작업 처리가 끝난 스레드는 다시 작업 큐에서 새로운 작업을 가져와 처리합니다. 그렇기 때문에 작업 처리 요청이 폭증 되어도 스레드의 전체 개수가 늘어나지 않으므로 애플리케이션의 성능이 급격히 저하되지 않습니다

자바는 스레드풀을 생성하고 사용할 수 있도록 ExecutorService 인터페이스와 Executors 클래스를 제공하고 있습니다


스레드풀 생성 및 종료

스레드풀 생성

스레드풀을 생성하는 방법은 크게 2가지가 있습니다.

  1. newCachedThreadPool()
    • 초기스레드0, 코어스레드0, 최대스레드 Integer.MAX_VALUE
  2. newFixThreadPool(int nThread)
    • 초기스레드0, 코어스레드0, 최대스레드 nThreads
  • 초기 스레드 수 : ExecutorService 객체가 생성될 때 기본적으로 생성되는 스레드 수
  • 코어 스레드 수 : 스레드가 늘어난 후 사용되지 않은 스레드를 스레드 풀에서 제거할 때 최소한으로 유지해야할 수
  • 최대 스레드 수 : 스레드풀에서 관리하는 최대 스레드 수
newCachedThreadPool()

스레드 개수보다 작업 개수가 많아지면 새로운 스레드를 생성하여 작업을 처리합니다
만약 스레드가 60초동안 아무일을 하지않으면 스레드를 종료시키고 스레드풀에서 제거합니다

ExecutorService executorService = Executors.newCachedThreadPool();
newFixedThreadPool(int nThreads)

스레드 개수보다 작업 개수가 많으면 스레드를 새로 생성하여 작업을 처리합니다
newCachedThreadPool과 다른 점은 일을 하지 않아도 스레드를 제거하지 않습니다

ExecutorService executorService = Executors. newFixThreadPool();

newCachedThreadPool(),newFixedThreadPool() 메서드를 사용하지 않고
직접 스레드 개수들을 설정하고 싶다면 직접 ThreadPoolExecutor 객체를 생성하면 됩니다.

ExecutorService threadPool = new ThreadPoolExecutor(
    3,                                     // 코어 스레드 개수
    100,                                // 최대 스레드 개수
    120L,                                // 놀고 있는 시간
    TimeUnit.SECONDS,                     // 놀고 있는 시간 단위
    new SynchronousQueue<Runnable>()     // 작업큐
);

 


스레드풀 종료

스레드풀의 스레드는 기본적으로 데몬 스레드가 아니기 때문에 main 스레드가 종료되더라도 작업을 처리하기 위해 계속 실행 상태로 남아 있습니다. 중요한 부분인데 main() 메서드가 실행이 끝나도 애플리케이션 프로세는 종료되지 않습니다. 따라서 애플리케이션 (ex, Spring Batch)을 종료하려면 스레드풀을 종료시켜 스레드들이 종료상태가 되도록 처리해야 합니다

executorService.shutDown();  
// 또는
executorService.shutDownNow();

shutdown()
작업큐에 남아있는 작업까지 모두 마무리 후 종료
shoutdownNow()
작업큐 작업 잔량 상관없이 강제 종료


스레드 작업 생성과 처리 요청

작업 생성

스레드 하나의 작업은 Runnable 또는 Callable 구현 클래스로 표현합니다.
Runnable과 Callable의 차이는 작업 처리 완료후 리턴값이 있느냐 없느냐 입니다.

Ruunable
Runnable task = new Runnable() {
    @Override
    public void run() {
        // 스레드가 처리할 작업 내용
    }
}
Callable
Callalbe<T> task = new Callable<T>() {
    @Override
    public T call throws Exception() {
        // 스레드가 처리할 작업 내용
        return T;
    }
}

작업 처리 요청

public class ExecuteExample {

    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(2);

        for(int i = 0; i < 10; i++){
            Runnable runnable = new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                    ThreadPoolExecutor threadPoolExecutor = (ThreadPoolExecutor) executorService;
                    int poolSize = threadPoolExecutor.getPoolSize();
                    String threadName = Thread.currentThread().getName();

                    System.out.println("[총 스레드 개수:" + poolSize + "] 작업 스레드 이름: "+threadName);
                    int value = Integer.parseInt("윤호");
                }
            };

            //스레드풀에게 작업 처리 요청
            executorService.execute(runnable);
            //executorService.submit(runnable);

            try {
                Thread.sleep(10);
            } catch (InterruptedException e) {
                 e.printStackTrace();
            }        
        }     
        executorService.shutdown();
    }
}
execute()로 실행했을 경우


execute로 실행했을 때에는 작업 처리 도중 예외가 발생하면 해당 스레드는 제거 되고 새 스레드가 계속 생성됩니다.

submit()으로 실행 했을 경우


submit의 경우 예외가 발생하더라도 스레드가 종료되지 않고 계속 재사용이 되어 다른 작업을 처리하는 것을 볼 수 있습니다

execute와 submit의 차이는 두가지가 있습니다
하나는 execute()는 작첩 처리 결과를 받지 못하고, submit()((은 작업 처리 결과를 받을 수 있도록 Future를 리턴합니다.
두번째로는 위의 예에서 알아본 예외 발생의 경우입니다. execute()는 스레드를 종료하고 스레드풀에서 제거됩니다. submit()의 경우에는 예외가 발생하더라도 스레드는 종료되지 않고 다음 작업을 위해 재사용됩니다

그렇기 때문에 가급적 스레드 생성의 오버헤드를 줄이기 위해서 submit()을 사용하는 것이 좋습니다


참조

  • ‘이것이 자바다’ - 신용권님 저
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사용자 yhmane

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이전 포스팅에선 다음과 같이 알아 봤는데요

  • Thread 생성
  • Thread 동기화 블록

이번에는 Thread가 제공하는 몇가지 메서드를 확인해보고
Thread 상태를 제어하는 방법에 대해 알아보도록 하겠습니다


Thread 상태

스레드를 생성하고 start() 메서드를 호출하면 곧바로 스레드가 실행되는 것처럼 보이지만, 사실은 '실행대기' 상태가 됩니다.
실행대기 상태란 아직 스케줄링이 되지 않아 실행을 기다리고 있는 상태를 말합니다.
실행대기 상태에 있는 스레드 중에서 스케줄링으로 선택된 스레드가 비로서 CPU를 점유하고 run() 메서드를 실행하게 됩니다.
이때를 실행 상태라고 합니다.

아래의 사진으로 스레드의 대략적인 상태를 살펴 보겠습니다

실행 상태의 스레드는 다시 실행대기 상태로 돌아갈 수 있고
실행, 실행대기 상태를 번갈아가며 자신의 run() 메서드를 수행합니다.
run() 메서드가 종료되면 스레드의 실행은 멈추게 됩니다.
이 상태를 종료 상태라고 합니다

경우에 따라서 ‘실행상태’에서 ‘일시정지’ 상태로 가기도 하는데,
일시정지 상태에서는 스레드가 실행할 수 없는 상태입니다.
일시정지 상태로는 WAITING, TIMED_WAITING, BLOCKED가 있습니다.
스레드가 다시 실행 상태로 가기 위해서는 일시정지 상태에서 실행대기 상태가 되어야 합니다.

상태 Enum 상수 설명
객체 생성 NEW 레드 객체 생성, 아직 start() 메서드 호출되지 전의 상태
실행대기 RUNNABLE 실행 상태로 언제든지 갈 수 있는 상태
일시정지 WAITING 다른 스레드가 통지(notify) 할 때까지 기다리는 상태
일시정지 TIMED_WAITING 주어진 시간 동안 기다리는 상태
일시정지 BLOCKED 사용하고자 하는 객체의 락이 풀릴 때까지 기다리는 상태
종료 TERMINATED 실행을 마친 상태

스레드의 상태 제어

사용자는 미디어 플레이어에서 동영상을 보다가 일시 정지 시킬수도 있고, 종료시킬수도 있습니다
정지는 다시 동영상을 보겠다는 의미로 스레드를 일시정지 상태로 만들어야 합니다
종료는 더 이상 동영상을 보지 않겠다는 의미이므르 미디어 플레이어는 스레드를 종료 상태로 만들어야 합니다
이와 같이 스레드의 상태를 변경하는 것은 스레드 상태 제어라고 합니다

아래는 스레드 상태를 제어하는 메서드입니다. 하나씩 메서드를 알아보도록 하겠습니다

일시정지 (sleep)

sleep() - 주어진 시간동안 일시 정지 상태로 만들고, 주어진 시간이 지나면 자동적으로 실행대기 상태가 됩니다
try {
    Thread.sleep(3000);
} catch (InterruptedException e) {
    e.printStackTrace();
} 

Thread.sleep(3000) 메서드를 통해 3초간 ‘일시정지’ 상태가 되고 3초가 지나면 다시 ‘실행대기’ 상태로 돌아오게 됩니다.

실행 양보 (yield)

yield() - 실행중에 우선순위가 높은 또는 동일한 다른 스레드에게 실행을 양보하고 실행 대기 상태가 됩니다
if (work) {
    System.out.println(getName() + " 스레드 작업 내용");
} else {
    Thread.yield();
}

yield() 메서드 호출시 해당 Thread는 우선 순위가 높거나 동일한 Thread에게 실행을 양보하고 실행 대기 상태로 전환됩니다

다른 스레드의 종료를 기다림 (join)

join() -메서드를 호출한 스레드는 일시 정지 상태가 됩니다. 실행 대기 상태로 가려면 join() 메서드를 멤버로 가지는 스레드가 종료되거나, 매개값으로 주어진 시간이 지나야 합니다. 이부분은 예제를 보도록 하겠습니다
SumThread
public class SumThread extends Thread {
    private long sum;
    public long getSum() {
        return sum;
    }

    public void run() {
        for (int i = 1; i <= 100; i++) {
            sum += i;
        }
    }
}
JoinExample
public class JoinExample {
    public static void main(String[] args) {
        SumThread sumThread = new SumThread();
        sumThread.start();

        try {
            sumThread.join();
        } catch (Exception e) {
        }

        System.out.println("합 : " + sumThread.getSum());
    }
}

sumthread.join()을 걸어 두었기 때문에 메인 Thread는 합연산이 끝날때까지 기다리게 됩니다. 따라서, 결과값은 5050이 나오게 됩니다

여기서 의문이 들 수 있습니다. Thread.sleep(3000)으로도 충분히 가능한데 무엇이 차이인가? sleep은 일정 시간동안만 실행대기 상태로 만들어줍니다. join의 경우 thread의 작업을 처리할때까지 묶어 둘 수 있기 때문에 멀티스레드 환경에서 동기화를 맞춰야 할 경우 유용하게 사용할 수 있습니다.

스레드간 협업 (wait, notify, notifyAll)

notify, notifyAll - 동기화 블록 내에서 wat 메서드에 의해 일시 정지 상태에 있는 스레드를 실행 대기 상태로 만들어 줍니다
wait - 동기화 블록 내에서 스리드를 일시 정지 상태로 만듭니다. 매개값으로 시간이 주어지면 일정 시간이 지난후 자동으로 실행대기 상태가 되고, 시간이 주어지지 않으면 notify, notifyAll 메서드에 의해 실행 대기 상태로 갈 수 있습니다

스레드 종료 (stop, interrupt)

Thread는 자신의 run() 메서드가 모두 실행되면 자동으로 종료됩니다. 경우에 따라서 Thread를 즉시 종료할 필요가 있습니다

stop - 갑자기 종료하면 스레드가 사용중이던 자원들이 불안전한 상태로 남겨지기 때문에 deprecated 되었습니다
interrupt - 일시 정지 상태의 스레드에서 InterruptedException 예외를 발생시켜, 예외 처리 코드(catch)에서 실행 대기 상태로 가거나 종료 상태로 갈 수 있도록 합니다

참조

  • '이것이 자바다' - 신용권님 저
블로그 이미지

사용자 yhmane

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