Java 8 - 6. Concurrent 프로그래밍과 Executors

공부일기/Java 8 2020. 12. 24. 21:55

Concurrent 소프트웨어란?

동시에 여러 작업을 할 수 있는 소프트웨어 예) 웹 브라우저로 유튜브를 보면서 키보드로 문서에 타이핑을 할 수 있다. 또는 화면녹화를 하면서 인텔리J로 코딩을 하고 워드에 적어둔 문서를 보거나 수정할 수 있다.
위의 예시처럼 여러가지 프로그램을 사용하는 것도 맞고, 한 프로그램 내에서 여러가지 동시작업이 일어나는 것도 해당한다. 게임을 하는 경우 캐릭터가 이동하거나 시선을 바꿀 때 캐릭터를 이동시키면서 새로운 배경을 불러오는 것을 예로 들 수 있다.

자바에서 지원하는 컨커런트 프로그래밍

멀티프로세싱 (ProcessBuilder)
멀티쓰레드

자바 멀티쓰레드 프로그래밍

Thread / Runnable

Thread 상속

package Java8;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        MyThread myThread = new MyThread();
        myThread.start();

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

    static class MyThread extends Thread {
        public void run() {
            System.out.println("Thread: " + Thread.currentThread().getName());
        }
    }
}

Runnable 구현 또는 람다

자바 8부터는 람다를 표현해 보기 좋게 나타낼 수 있으므로 람다를 통해 구현했다.

package Java8;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = new Thread(() -> {
            System.out.println("Thread: " + Thread.currentThread().getName());
        });
        thread.start();

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

새로 만든 thread를 먼저 실행시켰지만, 메인 쓰레드가 먼저 출력된다. 실행순서는 랜덤이다.

쓰레드 주요 기능

sleep(현재 쓰레드 멈춰두기) : 다른 쓰레드가 처리할 수 있도록 우선권을 넘기고 기회를 주지만 그렇다고 락을 놔주진 않는다. (잘못하면 데드락 걸릴 수 있다.)

package Java8;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = new Thread(() -> {
            try {
                Thread.sleep(1000L);
            } catch (InterruptedException e) {
                // 자는 동안 이 쓰레드를 깨우면 InterruptedException 발생
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("Thread: " + Thread.currentThread().getName());

        });
        thread.start();

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

thread를 만들자마자 sleep으로 1초간 멈춰놨기 때문에 1초 후에 쓰레드가 실행된다.

interupt (다른 쓰레드 깨우기) : 다른 쓰레드를 깨워서 interruptedExeption을 발생 시킨다. 그 에러가 발생했을 때 할 일은 코딩하기 나름. 종료 시킬 수도 있고 계속 하던 일 할 수도 있고.

package Java8;

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread thread = new Thread(() -> {
            while (true) {
                System.out.println("Thread: " + Thread.currentThread().getName());
                try {
                    Thread.sleep(1000l);
                } catch (InterruptedException e) {
                    System.out.println("exit!");
                    return; // inturrupt 발생 시 종료 하기로 한다.
                }
            }
        });
        thread.start();

        System.out.println("Hello: " + Thread.currentThread().getName());
        Thread.sleep(3000L);
        thread.interrupt();
    }
}

메인과 새로 만든 쓰레드 두 개가 랜덤의 순서로 실행되고, 3초동안 쓰레드가 실행됐다 멈췄다를 반복한다. 그 후 interrupt를 받아 exit!을 출력하고 return을 통해 종료한다.

join(다른 쓰레드 기다리기) : 다른 쓰레드가 끝날 때까지 기다린다.

package Java8;

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread thread = new Thread(() -> {
            System.out.println("Thread: " + Thread.currentThread().getName());
            try {
                Thread.sleep(3000l);
            } catch (InterruptedException e) {
                throw new IllegalStateException(e);
            }
        });
        thread.start();

        System.out.println("Hello: " + Thread.currentThread().getName());
        thread.join(); // 3초간 기다린 후 다음 실행
        System.out.println(thread + "is finished");
    }
}

두 개의 쓰레드가 실행되고, thread는 3초동안 sleep하게 된다. join()을 통해 해당 thread를 기다리고, 그 다음 is finished를 출력한다. join도 마찬가지로 기다리는 동안 interrupt가 들어오게 되면 interruptedException을 발생시키기 때문에 사실상 프로그래머가 모든 쓰레드를 직접 관리한다는 것은 불가능에 가깝다.

Executors

고수준 (High-Level) Concurrency 프로그래밍

쓰레드를 만들고 관리하는 작업을 애플리케이션에서 분리.
그런 기능을 Executors에게 위임.

Executors가 하는 일

쓰레드 만들기: 애플리케이션이 사용할 쓰레드 풀을 만들어 관리한다.
쓰레드 관리: 쓰레드 생명 주기를 관리한다.
작업 처리 및 실행: 쓰레드로 실행할 작업을 제공할 수 있는 API를 제공한다.

주요 인터페이스

Executor: execute(Runnable)
ExecutorService: Executor 상속 받은 인터페이스로, Callable도 실행할 수 있으며, Executor를 종료 시키거나, 여러 Callable을 동시에 실행하는 등의 기능을 제공한다.
ScheduledExecutorService: ExecutorService를 상속 받은 인터페이스로 특정 시간 이후에 또는 주기적으로 작업을 실행할 수 있다.

ExecutorService로 작업 실행하기

package Java8;

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();
        executorService.submit(() -> System.out.println("Thread: " + Thread.currentThread().getName()));
    }
}

submit을 통해 작업을 실행하면 작업이 완료된 후 쓰레드를 종료하지 않고 계속 켜두기 때문에 종료해주는 명령을 같이 사용해줘야 한다.

ExecutorService로 멈추기

executorService.shutdown(); // 처리중인 작업 기다렸다가 종료

package Java8;

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();
        executorService.submit(() -> System.out.println("Thread: " + Thread.currentThread().getName()));

        executorService.shutdown(); // 현재 진행중인 작업을 끝까지 마치고 끝냄.
    }
}

작업이 완료되고 종료됐음을 확인할 수 있다.

executorService.shutdownNow(); // 당장 종료

package Java8;

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();
        executorService.submit(() -> System.out.println("Thread: " + Thread.currentThread().getName()));

        executorService.shutdownNow(); // 바로 종료
    }
}

작업 중에도 강제로 종료할 수 있다. 위에서는 크게 작업중인 게 없었기 때문에 출력결과는 동일하게 나타났다.

ExecutorService의 threadpool 사용하기

package Java8;

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(2);
        executorService.submit(getRunnable("Hello"));
        executorService.submit(getRunnable("World"));
        executorService.submit(getRunnable("Have a Nice Day"));
        executorService.submit(getRunnable("and"));
        executorService.submit(getRunnable("Merry Christmas!"));


        executorService.shutdown(); // 현재 진행중인 작업을 끝까지 마치고 끝냄.
    }

    private static Runnable getRunnable(String message) {
        return () -> {
            System.out.println(message + Thread.currentThread().getName());
        };
    }
}

위와 같이 2개의 thread를 지닌 thread pool을 만들고 5개의 작업을 보내면 어떻게 될까. 두 개만 실행될 것 같지만 그렇지 않다. 5개 모두 실행하게 되는데 그 원리는 다음과 같다.

1. Executor Secrvice 내에 thread pool이 있고, 처리할 작업들을 보낸다.
2. thread pool 이 가진 tread 보다 많은 수의 작업이 들어오면 나머지 작업들을 Blocking Queue에 담는다.
3. Blocking Queue에서 하나씩 꺼내서 놀고 있는 thread에게 일을 시킨다.
4. 모든 작업을 처리하게 됐다.

다섯 개의 작업이 모두 완료된 것을 확인할 수 있다. 다만 shutdownNow를 사용하면 두 개만 실행된다.

ScheduledExecutorService 사용하기

package Java8;

import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        ScheduledExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadScheduledExecutor();
        executorService.schedule(getRunnable("Hello"), 3, TimeUnit.SECONDS);

        executorService.shutdown();
    }

    private static Runnable getRunnable(String message) {
        return () -> {
            System.out.println(message + Thread.currentThread().getName());
        };
    }
}

ScheduledExecutoreService를 사용해 쓰레드를 3초 후에 실행시킬 수 있다.

일정한 시간 차를 두고 반복적인 작업을 진행하고 싶다면 scheduleAtFiexdRate 메서드를 사용하면 된다.

package Java8;

import java.util.concurrent.Executors;
import java.util.concurrent.ScheduledExecutorService;
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        ScheduledExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadScheduledExecutor();
        executorService.scheduleAtFixedRate(getRunnable("Hello"), 1, 2, TimeUnit.SECONDS);


    }

    private static Runnable getRunnable(String message) {
        return () -> {
            System.out.println(message + Thread.currentThread().getName());
        };
    }
}

실행하고자 하는 메서드 뒤에 첫 번째 숫자는 언제 시작할 건지(1초 후 실행), 두 번째 숫자는 텀은 어떻게 둘 것인지(2초마다 실행)에 대한 것이다.

참고로 shutdown 두게 되면 아무것도 실행하지 않고 종료된다.

Fork/Join 프레임워크(멀티프로세싱)

ExecutorService의 구현체로 손쉽게 멀티 프로세서를 활용할 수 있게 도와준다.

참고

https://docs.oracle.com/javase/tutorial/essential/concurrency/executors.html

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