[Java] 자바 쓰레드 생성(Thread, Runnable)

• 이 글은 "자바 온라인 스터디" 공부한 내용을 정리하여 쓴 글입니다.

Process vs Thread

자바의 쓰레드를 설명하기 이전에 프로세스와 쓰레드의 차이에 대해 간략하게나마 알 필요가 있습니다.

Process

프로세스의 사전적 정의로는 실행 중인 프로그램을 뜻하게 됩니다.
윈도우에서 저장장치에 저장된 상태를 프로그램이라고 하고 더블클릭을 통해 프로그램이 메모리 공간에 올라와 실행중인 프로그램 인스턴스를 프로세스라고 합니다.

Thread

한 프로세스 내에서 동작되는 실행단위를 뜻하게 됩니다.
크롬 브라우저라는 프로세스에서 유튜브에 접속하여 동영상을 시청할 때 유튜브 데이터를 다운로드 받으면서 동영상이 실행되는 작업이 동시에 이루어지는 것도 쓰레드를 통해 가능하게 됩니다.

Thread 생성

• 자바에서 Thread를 생성하는 방법은 두 가지가 존재합니다.
• 하나는 Thread 클래스를 상속받아 run 메소드를 오버라이딩 하는 것과 Runnable 인터페이스를 implements 하여 run 메소드를 정의하는 것입니다.

Thread 클래스

public class MyThread extends Thread{
    int num;

    public MyThread() {
        this.num = 0;
    }

    public MyThread(int num) {
        this.num = num;
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(this.num + " thread start");
        try{
            Thread.sleep(1000);
        }catch (InterruptedException e){
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(this.num +" thread end");
    }
}

Thread 클래스를 상속받아 커스텀 Thread 클래스를 생성합니다. run 메소드를 오버라이딩 하여 자신이 원하는 코드를 실행할 수 있습니다.

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        MyThread myThread = new MyThread();
        myThread.start();
        System.out.println("main end");
    }
}

코드 순서대로라면 thread start와 end가 출력된 이후에 main end가 출력되어야 하지만 main end가 먼저 출력된 모습을 확인할 수 있습니다.
즉, 메인 쓰레드와 다른 새로운 쓰레드가 생성되어 동시에 실행되었다는 것을 확인할 수 있습니다.

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        for(int i=1;i<=10;i++){
            MyThread myThread = new MyThread(i);
            myThread.start();
        }
        System.out.println("main end");
    }
}

정확한 쓰레드 동작을 확인하기 위해 각 쓰레드에 번호를 붙여서 확인해봤습니다.

모든 쓰레드들은 순차적으로 실행되는 것이 아니라 무작위로 실행되는 이유는 동시적으로 실행되기 때문입니다. Thread 클래스에서는 start 메소드와 run 메소드들이 둘 다 존재하는데 start 메소드를 호출하면 왜 run 메소드가 실행되는지는 뒤에 설명하도록 하겠습니다.

Runnable 인터페이스

Thread를 생성할 때 Thread 클래스를 상속받는 방법도 있지만 Runnable 인터페이스를 구현하는 방법도 존재합니다.

@FunctionalInterface
public interface Runnable {
    public abstract void run();
}

Runnable 인터페이스는 run 메소드를 무조건 구현하라고 강제한 인터페이스입니다.

참고로 @FunctionalInterface는 인터페이스 내부에 메소드가 1개 있다고 알려주는 메타데이터(주석)입니다.

public class MyRunnable implements Runnable {
    int num;

    public MyRunnable() {
        this.num = 0;
    }

    public MyRunnable(int num) {
        this.num = num;
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(this.num + " thread start");
        try{
            Thread.sleep(1000);
        }catch (InterruptedException e){
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(this.num +" thread end");
    }
}

이 인터페이스를 사용한 MyRunnable 클래스입니다.
Thread의 클래스와 동일하게 run메소드는 thread start와 end 시점을 출력하도록 하였습니다.

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        for(int i=1;i<=10;i++){
            Thread thread = new Thread(new MyRunnable(i));
            thread.start();
        }
        System.out.println("main end");
    }
}

Runnable 인터페이스를 구현한 클래스는 Thread의 매개변수로 넣어 Thread를 생성할 수 있습니다. 이후 thread.start()를 하게 되면 Thread 클래스와 동일하게 쓰레드가 동시에 실행되는 것을 알 수 있습니다.

Thread Class 와 Runnable Interface 비교

Thread 클래스를 상속하거나 Runnable Interface를 구현하여 만든 스레드는 run 메서드 코드의 실행과 성능은 동일합니다. 다만 구현과정에서만 차이가 납니다.객체지향 프로그래밍에서 상속은 부모의 기능을 물려받아 재사용하거나, 재정의를 하고 새로운 기능들은 추가하여 확장하는 것을 의미합니다. 하지만 자바의 다중상속이 불가능점을 생각하면 Thread 클래스의 run 메소드 하나때문에 상속기능을 사용하는 것은 비효율적입니다.

이를 해결하기 위해서 스레드 생성 시 반드시 구현해야 하는 run 메소드를 Thread 클래스와 분리하고 구현을 강제하는 인터페이스를 사용하는 것입니다. 이것이 바로 Runnable 인터페이스입니다. 만약, Thread 클래스의 또 다른 기능을 확장하거나 재정의를 해야할 경우라면 Runnable 인터페이스 대신 Thread 클래스를 상속하는게 더 효과적일 수 있습니다.

따라서, Thread 클래스 기능의 확장 여부에 따라 Thread 클래스를 상속받을 것인지, Runnable 인터페이스를 구현할 것인지 선택할 수 있습니다.

• 참조(https://recipes4dev.tistory.com/143?category=768056)

 

왜 start 메소드일까?

저는 스레드를 생성하여 start 메소드를 호출했는데 왜 run 메소드가 호출되는지 이유가 궁금해졌습니다.

    public synchronized void start() {
        /**
         * This method is not invoked for the main method thread or "system"
         * group threads created/set up by the VM. Any new functionality added
         * to this method in the future may have to also be added to the VM.
         *
         * A zero status value corresponds to state "NEW".
         */
        if (threadStatus != 0)
            throw new IllegalThreadStateException();

        /* Notify the group that this thread is about to be started
         * so that it can be added to the group's list of threads
         * and the group's unstarted count can be decremented. */
        group.add(this);

        boolean started = false;
        try {
            start0();
            started = true;
        } finally {
            try {
                if (!started) {
                    group.threadStartFailed(this);
                }
            } catch (Throwable ignore) {
                /* do nothing. If start0 threw a Throwable then
                  it will be passed up the call stack */
            }
        }
    }

내부함수에 start0() 메소드가 있는 것을 확인할 수 있습니다. 이 메소드는 네이티브 함수로 내부적으로 run 메소드를 호출하도록 구현되어 있습니다.

두 함수의 차이점을 말하기 전에 프로세스의 메모리 구조에 대해 알아야 합니다.
위의 그림에서 왼쪽은 단일 스레드 프로세스, 오른쪽은 다중 스레드 프로세스입니다.

• Heap : 동적으로 생성하는 변수를 담는 메모리
• Code : 코드 영역 메모리
• Static : 정적 변수 or 클래스 변수를 담는 메모리
• Stack : 메소드 내 지역 변수, 임시변수를 담는 메모리

다중 스레드는 Heap, Code, Static 영역은 공유하지만 스레드 별로 각기 다른 Stack 영역이 존재합니다.
Thread 클래스의 run 메소드를 실행하는 것은 단순히 오버라이딩을 한 메소드를 호출하는 것일 뿐입니다. 즉, 메인 스레드에서의 Stack 영역을 차지 하여 메소드가 끝나지 않으면 다른 메소드가 실행되지 않기 때문에 순차적으로 진행될 수 밖에 없습니다.

하지만 start 메소드를 실행하는 것은 JVM은 스레드를 위한 Stack 영역을 새로 만들기 때문에 run 메소드 호출과는 다르게 독립적으로 동작이 가능합니다.

• 참조(https://namneul.tistory.com/25)