# Thread

# Process 와 Thread

프로세스와 스레드는 서로 밀접한 관계에 있으나 서로 다른 개체이다.

• Process
  • OS 로부터 시스템 자원을 할당받는 작업의 단위
  • CPU 시간이나 메모리 등의 시스템 자원이 할당되는 독립적인 개체
  • 각 프로세스는 별도의 주소 공간에서 실행 되며, 한 프로세스는 다른 프로세스의 변수나 자료구조에 접근할 수 없음
  • 같은 메모리를 읽고 쓰는 프로세스는 생성 가능
  • 프로세스간의 통신은 Pipe, Socket, File 등으로 통신한다.
• Thread
  • 프로세스가 할당받은 자원 을 이용하는 실행 혹은 흐름의 단위
  • 프로세스와 같은 공간의 Stack 공간을 사용하며 여러 Thread 는 그 상태의 일부를 공유한다.
  • Thread 는 프로세스 내에서 각각의 Stack 만 따로 할당 받고 Code Data Heap 영역은 공유한다.

Thread 의 대부분의 정보들은 JVM 에 의해 관리된다.

• 몇 개의 Thread 가 존재하는지
• 실행중인 프로그램의 코드의 메모리 위치는 어디인지
• 현재 Thread 의 상태
• Thread 의 우선순위 정보

# Thread 구조

@TODO

# Thread 생명주기

@TODO

# Thread 생성방법

아래와 같이 크게 3가지 방법이 있다.

• Thread 클래스를 확장 한다.
• Runnable 인터페이스를 구현
• Thread Pool 을 생성하기 위해, 어플리케이션에서 Executor 프레임워크를 사용한다.

'Runnable' 인터페이스는 상속 객체를 필요로 하지 않기 때문에 인터페이스로 적절하다.

이러한 방법들은 대부분 멀티스레드를 만들어 작업을 수행하는 과정으로 멀티스레드 영역에서 자세한 방법들을 소개한다.

# Thread 상태

• NEW : Thread 가 실행 준비가 되었습니다.
• RUNNABLE : JVM (Java Virtual Machine) 이 Thread 코드를 수행중입니다.
• BLOCKED : Thread 가 차단되어 있는 상태 입니다.
• WAITING : Thread 다른 Thread 의 작업이 수행되기를 기다립니다.
• TIMED_WAITING : Thread 가 다른 Thread 의 지정된 대기시간의 특정 작업을 수행하기까지 기다립니다.
• TERMIATED : Thread 의 실행을 완료했습니다.

# Multi Thread

하나의 프로그램을 여러 Thread 로 구성하고 각 Thread 로 하여금 하나의 작업을 처리하도록 하는 것

대표적으로 웹 서버는 Multi Thread Application 이다.

• 장점
  • 시스템 자원 소모 감소 (자원의 효율성 증대)
  • 시스템 처리량 증가
  • 프로그램내의 응답시간 단축
• 단점
  • 설계의 난이도가 높아진다.
  • 디버깅이 어렵다.
  • 단일 프로세스 시스템의 경우 효과를 기대할 수 없다.
  • 다른 프로세스에서 스레드 제어가 어렵다.
  • 동시성 문제가 발생한다.
  • 하나의 스레드로 인해 전체의 프로세스가 영향을 받는다.

Multi Thread 환경의 작업시에는 Therad 간의 자원 공유의 동기화 문제 에 신경을 써야 한다.

Java 에서는 Multi Thread 환경을 만들어 사용하는 방법은 대표적으로 3가지 방법을 많이 사용한다.

# Thread Class 를 상속받아 사용

Thread Class 를 서브클래싱(subclassing) 하고 run Method 를 Override 한다.

구현 순서

1. Thread Class 를 상속 받아 내가 시킬 일을 해줄 Class 를 하나 만든다.
2. 위에서 만든 Class 에 run Method 안에 시킬 일을 정의해 준다.
3. 메인 Thread 에서 위에서 만는 Class 의 start Method 를 호출한다.

반드시 start 메소드로 실행을 해야 한다.
run 메소드를 실행하면 메인 Thread 에서 돌아가므로 의미가 없다.

static class AddThread extends Thread {
  @Override
  public void run() {
    int sum = 0;

    for (int i = 1; i < 11; ++i) {
      sum += i;

      System.out.printf("Add Sum is %d\r\n", sum);
    }
  }
}

AddThread at = new AddThread();
at.start();

# Runnable 인터페이스를 구현하여 사용

Runnable 인터페이스를 구현하고 Runnable 객체를 Thread 생성자로 전달한다.

구현순서

1. 우선 Runnable Interface 를 구현할 Class 를 하나 생성한다.
2. 위에서 만든 Class 의 run Method 에 시킬 일을 정의한다.
3. 해당 Class 를 생성하고 Thread 를 생성할 때 인자로 넣어서 생성한다.
4. 메인 Thread에서 위에서 만든 Class 의 start Method 를 호출한다.

static class AddThreadRunnable implements Runnable {
  @Override
  public void run() {
    int sum = 0;

    for (int i = 1; i < 11; ++i) {
      sum += i;

      System.out.printf("Add Sum is Runnable %d\r\n", sum);
    }
  }
}

Runnable ar = new AddThreadRunnable();
Thread atr = new Thread(ar);

atr.start();

Thread 가 할 일을 run Method 안에 넣으면 된다.

Single Thread 프로그램은 main Method 가 반환되면 종료되고
Multi Thread 프로그램은 run Method 의 실행이 끝나면 종료된다.

# Future, Callable, Executor

Java 5 이상에서 지원하는 방식으로 Callback Pattern 으로 쉽게 사용 가능하도록 하는 접근 방법이다.

다양한 종류의 Thread 를 생성한 다음, 여러 Thread 로 부터 원하는 순서대로 값을 얻어올 수 있다.

# 구현 순서

1. 작업 대상의 Callable 객체를 생성한 후 ExecutorService 에 등록한다.
2. 작업의 결과는 Future 객체가 반환 받는다.
3. Future 객체 사용 시 이미 결과가 준비 되어 있는 경우에는 즉시 사용하며, 그렇지 않는 경우에는 Polling Thread 는 준비가 될 때까지 Block 상태가 된다.

# Synchronizred

Java 에서 동기화 영역은 synchronizred 키워드로 표시된다.

동기화는 객체에 대한 동기화로 이루어지는데 여러 Thread 가 한 개의 자원을 사용하고자 할 때 해당 Thread 만 제외하고 나머지 Thread 의 접근을 막는 방법이다.
블록에 접근을 시도하는 다른 Thread 들은 블록 안의 Thread 가 실행을 마치고 블록을 벗어날때까지 차단 (blocked) 상태 가 된다.

대표적으로 Log Files 과 같이 서로 다른 프로세스에 접근 가능한 리소스를 대상으로 사용할때 효과적이다.

이러한 방식을 배타적 접근 이라고 한다.

# 장점

• thread-safe 하게 사용이 가능하여 사용자의 의도대로 프로그램의 흐름 제어가 가능하다.

# 단점

• 프로그램의 성능저하를 일으킬 수 있다.
  • Java 내부적으로 메서드나 변수에 동기화를 하기 위해 block & unblock 처리를 하게되는데 이런 처리들을 통하여 소비되는 리소스가 프로그램 전반적인 성능에 영향을 준다.

synchronized 키워드는 다음 네가지 유형의 블록이 쓰인다.

# Syntax

# 인스턴스 메소드에 동기화 적용 (Instance Method)

특정 부분에 대해서만 동기화를 동기화를 할 필요가 있을 경우 아래 메소드와 같이
선언문에 있는 synchronized 키워드를 통하여 동기화를 한다.

public synchronized void add(int value) {
  this.count += value;
}

Instance Method 의 동기화는 이 Method 를 가진 Instance (객체) 를 기준 으로 한다.
하나의 Class 가 동기화된 Instance Method 를 가지면, 동기화는 이 Class 의 하나의 Instance 를 기준으로 이루어지며 한 시점에 오직 하나의 Thread 만이 동기화된 Instance Method 를 실행할 수 있다.

하나의 Instance 하나의 Thread 이다.

# 정적 메소드에 동기화 적용 (Static Method)

인스턴스 메소드의 사용법과 같이 선언문에 있는 synchronized 키워드를 통하여 동기화를 한다.

public static synchronized void add(int value) {
  count += value;
}

Static Method 의 동기화는 이 Method 를 가진 Class (객체) 를 기준 으로 한다.
JVM 안에 Class 객체는 Class 당 하나만 존재할 수 있으므로, 같은 Class 에 대해서는 오직 한 Thread 에만 동기화된 Static Method 를 실행할 수 있다.

하나의 Class 당 하나의 Thread 이다.

# 인스턴스 메소드 안에 동기화 적용 (Instance Method Codeblock)

동기화를 메소드 전체에 적용하는것이 아닌 메소드의 특정 부분에 적용하는것이 효율적일 때가 있다.

public void add(int value) {
  synchronized(this) {
    this.count += value;
  }
}

# 정적 메소드에 안에 동기화 적용 (Static Method Codeblock)

Instance Method Codeblock 과 사용법은 동일하다.

public static void add(int value) {
  synchronized(this) {
    this.count += value;
  }
}

# Callable 1.5 vs Runnable 1.0

Callable 은 Runnable 처럼 바로 Thread 에 인자로 전달 불가하며
ExecutorService 객에체 submit() 메서드를 사용하여 전달한다. (ThreadPool 사용)

ExecutorService mPool = Executors.newFixedThreadPool(5);
Future<String> mFuture = mPool.submit(new Callable<String>() {
  @Override
  public String call() throws Exception {
    Thread.sleep(500);
    return "JustTest";
  }
});

Runnable 은 Callable 과 달리 Thread 에 바로 인자를 전달 가능하다.

new Thread(new Runnable() {
  @Override
  public void run() {
    Log.d(Tag, "Thread Test");
  }
});