multithreading java tutorial with examples
이 튜토리얼은 Java의 멀티 스레딩, 동시성 구현, 스레드의 수명주기, 스레드 클래스 예제, 실행 가능한 인터페이스를 사용하는 스레드에 대해 설명합니다.
컴퓨터 세계의 동시성은 프로그램 또는 응용 프로그램의 여러 인스턴스를 병렬로 실행하는 시스템 (응용 프로그램, 컴퓨터 또는 프로그래밍 언어)의 능력입니다.
인스턴스 또는 프로그램을 동시에 실행함으로써 운영 체제 하드웨어 등과 같은 미개발 리소스를 활용할 수 있으므로 높은 처리량과 더 높은 성능을 보장합니다. 예를 들면 시스템에 여러 개의 CPU가있는 경우 애플리케이션은 이러한 CPU를 효과적으로 활용하고 처리량을 늘릴 수 있습니다.
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학습 내용 :
자바에서 멀티 스레딩이란?
Java에서 스레드는 동시성의 중추로 볼 수 있습니다. 스레드는 자체 호출 스택뿐만 아니라 공유 리소스에 액세스하는 실행 가능한 경량 단위입니다.
Java 애플리케이션은 하나의 프로세스이며이 애플리케이션 내에서 동시성을 달성하기 위해 여러 스레드를 가질 수 있습니다.
시스템에서 실행되는 애플리케이션은 여러 인스턴스를 가질 수 있으며 일반적으로이를 다중 문서 애플리케이션이라고합니다. 이러한 응용 프로그램 인스턴스를 프로세스라고합니다. 이러한 각 프로세스에는 스레드라는 실행 단위가 할당됩니다.
운영 체제 및 응용 프로그램 요구 사항에 따라 프로세스에 단일 스레드 또는 다중 스레드를 할당 할 수 있습니다. 응용 프로그램 프로세스에 여러 스레드가 할당되면 이러한 여러 스레드를 동시에 실행해야합니다.
' 여러 스레드를 동시에 또는 동시에 실행하거나 실행하는이 기술을 멀티 스레딩이라고합니다. . '
멀티 스레딩은 단순히 동일한 애플리케이션 내에서 실행되는 스레드가 둘 이상임을 의미합니다.
Java 프로그래밍 언어는 멀티 스레딩을 기본적으로 지원합니다.
멀티 스레딩은 위의 다이어그램에 설명되어 있습니다. 표시된대로 애플리케이션 내에서 동시에 실행되는 여러 스레드가 있습니다.
예를 들면 편집, 인쇄 등과 같은 기능을 제공하는 데스크톱 응용 프로그램은 다중 스레드 응용 프로그램입니다. 이 응용 프로그램에서는 인쇄가 백그라운드 프로세스이므로 이러한 기능을 두 개의 서로 다른 스레드에 할당하여 문서 편집과 문서 인쇄를 동시에 수행 할 수 있습니다.
다중 스레드 응용 프로그램의 스레드는 동시에 서로 병렬로 실행됩니다. 따라서 멀티 스레딩은 Java에서 동시성의 일부이기도합니다. 여러 스레드가 있지만 메모리 영역을 공유하므로 메모리를 절약 할 수 있습니다. 또한 스레드는 즉시 컨텍스트를 쉽게 전환 할 수 있습니다.
다중 스레딩은 응용 프로그램의 두 개 이상의 부분을 동시에 실행하므로 주로 유용합니다. 이를 통해 애플리케이션은 CPU 시간을 최대로 활용하고 유휴 시간을 최소로 유지합니다.
다음은 자주 사용되는 멀티 스레딩 환경과 관련하여 알아야 할 몇 가지 용어입니다.
멀티 태스킹 : 멀티 태스킹에서는 둘 이상의 작업이 동시에 실행됩니다.
멀티 스레딩 : 이미 언급했듯이 멀티 스레딩은 여러 스레드를 동시에 실행하는 프로세스입니다.
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다중 처리 : 다중 처리에서는 두 개 이상의 프로세스가 동시에 실행됩니다. 멀티 태스킹과 유사하지만 여기서는 둘 이상의 CPU가 관련됩니다.
병렬 처리 : 병렬 처리는 컴퓨터 시스템에서 여러 CPU가 동시에 작동하는 기술입니다.
멀티 스레딩을 논의한 후 왜 멀티 스레딩이 필요한지에 대한 의문이 생깁니다.
멀티 스레딩의 이점
멀티 스레딩에는 효율적인 프로그래밍에 도움이되는 다양한 이점이 있습니다.
아래 사항을 통해 명확하게 알 수 있습니다.
# 1) 단일 CPU 시스템의 효율적인 활용
시스템에 단일 스레드가있는 CPU가 하나만 있으면 CPU 시간이 낭비됩니다. 스레드가 IO와 같은 다른 리소스를 사용하여 사용 중일 때 CPU는 유휴 상태입니다. 이를 개선하고 다중 스레드 응용 프로그램을 사용하여 CPU를 더 잘 활용할 수 있습니다.
멀티 스레딩을 사용하면 한 스레드가 CPU로 완료되면 다른 스레드가이를 활용할 수 있습니다. 다중 스레드를 사용하면 CPU 유휴 시간이 크게 줄어 듭니다.
# 2) 다중 CPU 시스템의 효율적인 활용
단일 CPU와 마찬가지로 다중 CPU가있는 시스템에서도 다중 스레드 응용 프로그램은 다중 CPU를 효율적으로 활용할 수 있습니다.
# 3) 대응 성 및 공정성과 관련하여 사용자 경험 개선
시스템의 응답 성은 다중 스레드 응용 프로그램으로 향상됩니다. 우리는 경험하지 않습니다 ‘GUI 교수형’ 응용 프로그램에서 다양한 작업을 수행하는 여러 스레드가 있고 사용자가 요청에 대한 응답을 받기 위해 오래 기다릴 필요가 없을 때.
마찬가지로 사용자는 다중 스레드 시스템에서 제대로 서비스됩니다.
Java에서 동시성을 구현하는 방법
Java에서 동시성을 구현할 수있는 첫 번째 클래스는 java.lang.Thread 수업. 이 Thread 클래스는 Java에서 동시성의 기초를 형성합니다.
우리도 가지고있다 java.lang.Runnable 스레드 동작을 추상화하기 위해 Java 클래스에 의해 구현 될 수있는 인터페이스. 고급 응용 프로그램 개발을 위해 우리는 java.util.concurrent Java 1.5부터 사용 가능한 패키지입니다.
앞으로 우리는 자바의 동시성에 대해 자세히 논의 할 것입니다. 이 자습서에서 Java의 스레드 개념을 논의하고 이해해 보겠습니다. 멀티 스레딩에 대한 후속 자습서에서는 다양한 멀티 스레딩 및 동시성 개념을 살펴 봅니다.
Java의 스레드 란?
단일 스레드는 가장 작고 가벼운 처리 단위로 정의 할 수 있습니다. Java에서 스레드는 'Thread'클래스를 사용하는 프로그램에서 사용됩니다.
Java 스레드에는 두 가지 유형이 있습니다.
# 1) 사용자 스레드 : 사용자 스레드는 응용 프로그램이 처음 시작될 때 생성됩니다. 그런 다음 많은 사용자 및 데몬 스레드를 만들 수 있습니다.
# 2) 데몬 스레드 : 데몬 스레드는 주로 백그라운드에서 사용되며 응용 프로그램 정리 등과 같은 작업에 사용됩니다.
스레드는 애플리케이션의 유지 보수 비용을 줄입니다. 또한 애플리케이션 오버 헤드를 줄입니다.
단일 스레드 예제는 다음과 같습니다.
public class Main{ public static void main (String () args){ System.out.println('This is a thread'); } } 위의 프로그램은 응용 프로그램이 시작될 때 사용자 스레드가 생성 된 것처럼 'This is a thread'를 표시합니다. 위의 프로그램에서 주 함수는 응용 프로그램의 시작점이며 사용자 스레드를 생성합니다.
스레드의 수명주기
다음 다이어그램은 Java에서 스레드의 수명주기를 보여줍니다.
위의 다이어그램에 표시된 것처럼 Java의 스레드는 다음 상태를 갖습니다.
# 1) 신규 : 처음에는 스레드 클래스에서 방금 생성 된 스레드가 '새'상태를 갖습니다. 아직 시작되지 않았습니다. 이 스레드는 ‘태어난 실’ .
# 2) 실행 가능 : 이 상태에서 스레드의 인스턴스는 메소드를 사용하여 호출됩니다. '스타트' .
# 3) 달리기 : 스레드 인스턴스의 시작 메소드가 호출되고 스레드가 실행을 시작합니다. 이것이 실행 상태입니다. 대부분 스케줄러는 스레드를 예약하고 관리합니다.
# 4) 차단됨 : 응용 프로그램에 여러 스레드가 있습니다. 이러한 스레드는 실행이 동기화되어야하므로 다른 스레드를 기다려야합니다.
# 5) 종료 : 스레드의 실행 프로세스가 끝나면 스레드가 종료되거나 실행이 중지됩니다.
따라서 스레드가 먼저 생성 된 다음 예약되고 나중에 스케줄러가 스레드를 실행합니다. 실행중인 스레드는 다른 활동으로 인해 차단되거나 일시 중단 될 수 있습니다. 그런 다음 재개되고 처리가 완료되는 동안 스레드가 실행됩니다.
스레드 우선 순위
스레드 우선 순위는 응용 프로그램의 다른 스레드와 관련하여 한 스레드를 처리하는 방법을 결정합니다. 스레드 우선 순위는 정수입니다.
다음은 스레드 우선 순위에 대해 기억해야 할 몇 가지 사항입니다.
- 스레드 우선 순위는 정수입니다.
- 스레드 우선 순위를 사용하여 실행 상태의 한 스레드에서 다른 스레드로 전환해야하는시기를 결정할 수 있습니다. 이것은 스레드의 컨텍스트를 전환하는 컨텍스트 전환 프로세스입니다.
- 스레드가 자발적으로 CPU에 대한 제어를 해제 할 수 있습니다. 그러면 우선 순위가 가장 높은 스레드가 인계받을 수 있습니다.
- 마찬가지로 우선 순위가 높은 스레드는 우선 순위가 낮은 다른 스레드를 선점 할 수 있습니다.
- 스레드 클래스는 스레드의 우선 순위를 설정하는 데 사용되는 setPriority () 메서드를 제공합니다.
- 정수 대신 상수 MIN_PRIORITY, MAX_PRIORITY 또는 NORM_PRIORITY를 사용할 수도 있습니다.
스레드 만들기
다음 방법 중 하나를 사용하여 스레드를 만들 수 있습니다.
- Java 'Thread'클래스 확장.
- '실행 가능'구현.
Java 'Thread'클래스 확장
'Thread'클래스에는 스레드 개체에 대한 작업을 만들고 수행 할 수있는 생성자와 메서드가 포함되어 있습니다. 내부적으로 Thread 클래스는 Runnable 인터페이스를 구현하고 Object 클래스도 확장합니다.
다음 표에는 Thread () 클래스의 다양한 생성자와 메서드가 요약되어 있습니다.
| 빌더 / | 원기 | 기술 |
|---|---|---|
| 자다 | public void sleep (long milliseconds) | 현재 스레드의 실행이 지정된 밀리 초 동안 중지됩니다. |
| 스레드 () 생성자 | 실() | Thread 개체를 만들기위한 기본 생성자입니다. |
| 스레드 (문자열 이름) | 지정된 이름으로 Thread 개체를 만드는 생성자입니다. | |
| 스레드 (실행 가능 r) | 지정된 Runnable 인터페이스 개체를 사용하여 Thread 인스턴스를 만듭니다. | |
| 스레드 (실행 가능 r, 문자열 이름) | 지정된 Runnable 인터페이스 개체와 주어진 이름으로 Thread 인스턴스를 만듭니다. | |
| 운영 | public void run () | Run 메서드는 스레드에 대한 작업을 수행합니다. 스레드를 호출합니다. |
| 스타트 | public void start () | 스레드 실행을 시작하는 데 사용됩니다. 내부적으로 JVM은이 스레드에서 run () 메소드를 호출합니다. |
| 어울리다 | public void join () | 실이 죽을 때까지 기다리십시오. |
| public void join (long milliseconds) | 스레드가 죽을 때까지 지정된 밀리 초를 기다립니다. | |
| getPriority | public int getPriority () | 스레드 우선 순위 반환 |
| setPriority | public int setPriority (int 우선 순위) | 스레드 우선 순위를 지정된 우선 순위로 변경 |
| getName | 공용 문자열 getName () | 스레드의 이름을 반환합니다. |
| setName | public void setName (문자열 이름) | 스레드 이름을 지정된 문자열로 설정 |
| currentThread | 공용 스레드 currentThread () | 현재 활성화 된 스레드의 참조를 반환합니다. |
| getId | public int getId () | 스레드 ID 반환 |
| getState () | 공용 Thread.State getState () | 스레드의 현재 상태를 반환합니다. |
| 살아있다 | 공개 부울 isAlive () | 스레드가 살아 있는지 확인하고 예인 경우 true를 반환합니다. |
| 수율 | 공개 무효 yield () | 일시적으로 현재 스레드를 일시 중지하고 다른 스레드가 실행되도록합니다. |
| isDaemon | 공개 부울 isDaemon () | 스레드가 데몬 스레드인지 확인하십시오. 그렇다면 true를 반환합니다. |
| setDaemon | public void setDaemon (부울 b) | b = true 인 경우 스레드를 데몬 스레드로 설정합니다. 그렇지 않으면 사용자 스레드로 설정됩니다. |
| 일시 정지 | 공공 무효 인터럽트 () | 현재 스레드를 중단합니다. |
| isInterrupted | 공개 부울 isInterrupted () | 스레드가 중단되었는지 확인하십시오. |
| 중단 | public static boolean interrupted () | 현재 스레드가 중단되었는지 확인하십시오. |
| dumpStack | 정적 무효 dumpStack () | 현재 스레드의 스택 추적을 표준 오류 스트림에 인쇄합니다. |
| 매달다 | 공개 무효 suspend () | 모든 스레드를 일시 중단합니다. (** 메소드는 최신 Java 버전에서 더 이상 사용되지 않습니다.) |
| 이력서 | 공개 무효 이력서 () | 일시 중단 된 스레드를 다시 시작합니다. (** 메소드는 최신 Java 버전에서 더 이상 사용되지 않습니다.) |
| 중지 | 공개 무효 stop () | 스레드를 중지합니다. (** 메소드는 최신 Java 버전에서 더 이상 사용되지 않습니다.) |
멀티 스레딩에 대한 다음 자습서에서 이러한 스레드 메서드에 대해 자세히 설명하겠습니다.
스레드 시작
스레드를 시작하는 데 사용되는 start () 메서드는 다음 단계를 수행합니다.
- 새 CallStack으로 새 스레드 인스턴스를 시작합니다.
- 스레드 상태가 new에서 runnable로 변경됩니다.
- 스레드의 차례가되면 run () 메서드를 실행합니다.
'실행 가능'인터페이스 구현
Runnable 인터페이스를 사용하여 스레드 인스턴스를 만들 수도 있습니다. 스레드 인스턴스를 만들려면 스레드가 개체를 실행해야하는 클래스가 Runnable 인터페이스를 구현해야합니다.
Runnable 인터페이스에는 한 가지 방법 만 있습니다.
public void run () => this method is used to execute the thread. 스레드 클래스 예
이제 스레드 클래스를 사용하여 Java에서 스레드를 시연 해 보겠습니다.
//class inherited from 'Thread' class ThreadClassDemo extends Thread { private int number; //class constructor public ThreadClassDemo(int number) { this.number = number; } //run method => execution code for thread public void run() { int counter = 0; int numInt = 0; //prints the number till specified number is reached, starting from 10 do { numInt = (int) (counter + 10); System.out.println(this.getName() + ' prints ' + numInt); counter++; } while(numInt != number); System.out.println('** Correct! ' + this.getName() + 'printed ' + counter + ' times.**'); } } public class Main { public static void main(String () args) { System.out.println('Starting thread_1...'); //create a thread class instance Thread thread_1 = new ThreadClassDemo(15); //start the thread thread_1 thread_1.start(); try { //wait for thread_1 to die thread_1.join(); } catch (InterruptedException e) { System.out.println('Thread interrupted.'); } System.out.println('Starting thread_2...'); Thread thread_2 = new ThreadClassDemo(20); //start thread_2 thread_2.start(); System.out.println('main() is ending...'); } } 산출
실행 가능한 인터페이스를 사용하는 Java 스레드
다음 예제는 Runnable 인터페이스를 사용하여 스레드 인스턴스를 만드는 방법을 보여줍니다.
//class implements Runnable interface class RunnableDemo implements Runnable { private String message; //class constructor public RunnableDemo(String message) { this.message = message; } //run method public void run() { while(true) { System.out.println(message); } } } public class Main { public static void main(String () args) { //create first thread instance hello Runnable hello = new RunnableDemo('Hello, Greetings!!!'); Thread thread1 = new Thread(hello); thread1.setDaemon(true); //set this thread as daemon thread1.setName('hello'); System.out.println('Starting First thread...'); //start the thread thread1.start(); //create second thread instance bye Runnable bye = new RunnableDemo('Bye for now!!'); Thread thread2 = new Thread(bye); thread2.setPriority(Thread.MIN_PRIORITY); //set priority to min thread2.setDaemon(true); //set as daemon thread System.out.println('Starting goodbye thread...'); //start the thread thread2.start(); System.out.println('main() is ending...'); } }산출
Java에서 스레드를 중지하는 방법
위의 스레드 예제를 보았습니다. 이 예제에서 우리는 run 메서드가 실행을 마치면 스레드가 중지되거나 일부 예외로 인해 중지된다는 것을 알고 있습니다.
이전 버전의 Java에는 스레드를 직접 중지하는 데 사용할 수있는 Thread 클래스에 stop () 메서드가 있습니다. 그러나 이제는 안전상의 이유로 더 이상 사용되지 않습니다. 따라서 실행중인 스레드를 중지하려면 다른 방법을 사용해야합니다.
스레드를 중지하기 위해 사용할 수있는 두 가지 방법이 있습니다.
- 휘발성 부울 변수 사용
- 인터럽트 사용.
이 섹션에서는 스레드를 중지하는 두 가지 방법에 대해 설명합니다.
휘발성 부울 변수 사용
이 방법에서는 스레드를 중지하기 위해 부울 변수 say flag를 유지합니다. 스레드는 부울 변수가 true로 설정되어있는 한 실행됩니다. 거짓이되는 순간 스레드가 중지됩니다.
이 방법의 특수한 점은 부울 변수를 ' 휘발성 물질 ”따라서 항상 주 메모리에서 읽히고 프로그램이 CPU 캐시에 캐시 할 수 없습니다. 이렇게하면 설정하고 읽은 값에 차이가 없습니다.
휘발성 부울 변수를 사용하여 스레드를 중지하는 구현은 다음과 같습니다.
class StopThread extends Thread { private volatile boolean stop_flag = true; //initially set to true public void stopRunning() { stop_flag = false; //set stop_flag to false } @Override public void run() { while (stop_flag) { //keep checking value of stop_flag System.out.println('Thread is running...'); } System.out.println('Thread stopped!!!'); } } public class Main { public static void main(String() args) { //create a thread instance StopThread stop_thread = new StopThread(); //start the thread stop_thread.start(); try { Thread.sleep(10); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } //call stopRunning() method to stop the thread stop_thread.stopRunning(); } } 산출
노트 : 여기에서는 출력의 일부만 표시했습니다. 스레드는 중지되기 전에 몇 분 동안 실행될 수 있습니다. 그래서 우리는 다른 시스템에서 다른 출력을 얻을 수 있습니다.
인터럽트 사용
여기서 스레드는 위에서 이미 스레드 클래스 메서드에서 설명한대로 인터럽트 () 메서드를 사용하여 중지됩니다. interrupt () 메서드는 스레드 상태를 인터럽트 됨으로 설정합니다. 이 상태는 run () 메서드의 while 루프로 전달됩니다. interrupted () 메서드를 사용하여 중단 된 상태를 얻을 수 있습니다.
다음 프로그램은 스레드를 중지하기 위해 인터럽트 () 메소드를 사용하는 방법을 보여줍니다.
class StopThread extends Thread { @Override public void run() { while (!Thread.interrupted()) { //check for interrupted status System.out.println('Thread is running...'); } System.out.println('Thread stopped!!!'); } } public class Main { public static void main(String() args) { //create a thread instance StopThread stop_thread = new StopThread(); //start the thread stop_thread.start(); try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } //interrupt the thread stop_thread.interrupt(); } } 산출
자주 묻는 질문
Q # 1) Java에서 멀티 스레딩을 사용하는 이유는 무엇입니까?
대답: 멀티 스레딩을 사용하면 응용 프로그램에서 두 개 이상의 스레드를 동시에 또는 동시에 실행할 수 있습니다. 동시 실행은 처리량을 최대화하고 CPU를 최대로 활용합니다.
Q # 2) 멀티 스레딩이란 무엇입니까? 그 유형은 무엇입니까?
대답: 멀티 스레딩은 둘 이상의 스레드를 실행하는 것을 의미합니다. 이 실행은 동시 또는 병렬 일 수 있습니다. 따라서 멀티 스레딩에는 동시 또는 병렬의 두 가지 유형이 있습니다.
Q # 3) 멀티 스레딩과 멀티 프로세싱이란 무엇입니까?
대답: 멀티 스레딩에는 동일하거나 다른 프로세스에 대한 여러 스레드가 있으며 이러한 스레드는 시스템의 컴퓨팅 속도를 향상시키기 위해 동시에 실행됩니다. 다중 처리에서 시스템에는 두 개 이상의 CPU가 있고 여러 프로세스가 동시에 실행됩니다.
Q # 4) Java에서 멀티 스레딩의 장점은 무엇입니까?
대답: 멀티 스레딩을 사용하면 스레드를 사용하여 애플리케이션의 여러 부분을 동시에 실행할 수 있습니다. 멀티 스레딩은 시스템 처리량을 증가시킵니다. 멀티 스레딩은 다른 스레드가 지속적으로 CPU를 사용하므로 CPU 활용도를 극대화합니다.
Q # 5) 멀티 스레딩이 게임에 적합합니까?
대답: 예, 특히 현대 게임의 경우.
결론
이것은 멀티 스레딩의 도입에 관한 것입니다. 이 튜토리얼에서 Java의 동시성과 멀티 스레딩에 대해 논의했습니다. Thread 클래스와 Runnable 인터페이스로 스레드 생성에 대해 논의하고 적절한 예제를 제공했습니다.
또한 단일 스레드의 개념과 생성에 대해 자세히 배웠습니다. 스레드의 수명주기, 스레드 중지, 스레드 유형 등을 포함한 스레드 개념이이 튜토리얼에서 논의되었습니다.
실제 세계에서 C ++ 사용
또한 Java의 다중 스레딩과 동시성에 대해서도 논의했습니다. 이 튜토리얼의 끝에서 독자는 동시성 및 다중 스레딩의 개념과 Java의 스레드를 쉽게 이해할 수 있어야합니다.