1. 스레드 개요
스레드는 프로그램 실행을 위한 기본 실행 단위입니다. 운영 체제(Microsoft의 초기 DOS와 같은 단일 스레드 운영 체제 제외)가 프로그램을 실행하면 시스템에 프로세스가 설정되며, 이 프로세스에서 적어도 하나의 스레드가 설정되어야 합니다(이 스레드를 메인 스레드라고 함). thread).thread)를 이 프로그램이 실행되는 진입점으로 사용합니다. 따라서 운영 체제에서 실행되는 모든 프로그램에는 적어도 하나의 기본 스레드가 있습니다.
프로세스와 스레드는 현대 운영 체제의 두 가지 필수 운영 모델입니다. 운영 체제에는 시스템 프로세스(운영 체제에서 내부적으로 생성된 프로세스)와 사용자 프로세스(사용자 프로그램에서 생성된 프로세스)를 포함하여 여러 프로세스가 있을 수 있습니다. 프로세스에는 하나 이상의 스레드가 있을 수 있습니다. 프로세스 간에는 공유 메모리가 없습니다. 즉, 시스템의 프로세스는 자체 독립 메모리 공간에서 실행됩니다. 프로세스의 스레드는 시스템이 프로세스에 할당한 메모리 공간을 공유할 수 있습니다.
스레드는 프로세스의 메모리를 공유할 수 있을 뿐만 아니라 자신만의 메모리 공간도 가지고 있습니다. 이 메모리 공간은 스레드 스택이라고도 하며 스레드가 생성될 때 시스템에 의해 할당됩니다. 스레드 스택과 같이 스레드 내부에서 사용되는 데이터입니다.
참고: 모든 스레드는 생성될 때 함수를 실행합니다. 이 함수를 스레드 실행 함수라고 합니다. 이 함수는 스레드의 진입점으로 간주될 수도 있습니다(프로그램의 주요 함수와 유사). 스레드를 생성하는 데 어떤 언어나 기술이 사용되더라도 이 함수는 실행되어야 합니다(이 함수의 표현은 다를 수 있지만 항상 그러한 함수가 있습니다). 예를 들어 Windows에서 스레드를 생성하는 데 사용되는 API 함수 CreateThread의 세 번째 매개 변수는 이 실행 함수의 포인터입니다.
운영 체제가 프로세스를 여러 스레드로 나눈 후 이러한 스레드는 운영 체제 관리 하에서 동시에 실행될 수 있으므로 프로그램의 실행 효율성이 크게 향상됩니다. 스레드 실행은 매크로 관점에서 동시에 여러 스레드가 실행되는 것처럼 보이지만 실제로는 운영 체제를 은폐하는 것일 뿐입니다. CPU는 한 번에 하나의 명령만 실행할 수 있으므로 하나의 CPU가 있는 컴퓨터에서 동시에 두 가지 작업을 실행하는 것은 불가능합니다. 프로그램의 실행 효율성을 높이기 위해 운영 체제는 유휴 상태인 스레드를 제거하고 다른 스레드가 이를 실행하도록 합니다. 이 방법을 스레드 스케줄링이라고 합니다. 표면에서 여러 스레드가 동시에 실행되는 것을 보는 이유는 서로 다른 스레드 간 전환 시간이 매우 짧고 일반적인 상황에서 전환이 매우 빈번하기 때문입니다. 스레드 A와 B가 있다고 가정합니다. 런타임에는 A가 1밀리초 동안 실행된 후 B로 전환한 후 B가 또 다른 1밀리초 동안 실행한 다음 A로 전환하고 A가 또 다른 1밀리초 동안 실행하는 경우가 있을 수 있습니다. 1밀리초는 일반인들이 인지하기 어려운 시간이므로 표면적으로는 A와 B가 동시에 실행되는 것처럼 보이지만 실제로는 A와 B가 교대로 실행됩니다.
2. 스레드가 우리에게 가져오는 이점
스레드를 적절하게 사용하면 개발 및 유지 관리 비용을 줄이고 복잡한 애플리케이션의 성능을 향상시킬 수도 있습니다. 예를 들어, GUI 애플리케이션에서는 스레드의 비동기 특성을 통해 이벤트를 더 잘 처리할 수 있으며, 애플리케이션 서버 프로그램에서는 클라이언트 요청을 처리하기 위해 여러 스레드를 설정할 수 있습니다. 스레드는 가상 머신의 구현을 단순화할 수도 있습니다. 예를 들어 JVM(Java Virtual Machine)의 가비지 수집기는 일반적으로 하나 이상의 스레드에서 실행됩니다. 따라서 스레드를 사용하면 다음 다섯 가지 측면에서 애플리케이션이 향상됩니다.
1. CPU 자원을 최대한 활용
이제 전 세계 대부분의 컴퓨터에는 CPU가 하나만 있습니다. 따라서 CPU 리소스를 최대한 활용하는 것이 특히 중요합니다. 단일 스레드 프로그램을 실행할 때 프로그램이 차단되는 동안 CPU가 유휴 상태일 수 있습니다. 이로 인해 컴퓨팅 리소스가 많이 낭비됩니다. 프로그램에서 멀티스레딩을 사용하면 스레드가 휴면 상태이거나 차단되고 CPU가 유휴 상태일 때 다른 스레드를 실행할 수 있습니다. 이런 방식으로는 CPU가 유휴 상태가 되기 어렵습니다. 따라서 CPU 리소스가 완전히 활용됩니다.
2. 프로그래밍 모델 단순화
프로그램이 하나의 작업만 완료하는 경우 단일 스레드 프로그램을 작성하고 작업을 수행하는 단계에 따라 코드를 작성하면 됩니다. 그러나 여러 작업을 완료하려면 여전히 단일 스레드를 사용하는 경우 프로그램에서 각 작업을 실행할지 여부와 시기를 결정해야 합니다. 예를 들어 시계의 시, 분, 초를 표시합니다. 단일 스레드를 사용하는 경우 루프에서 이 세 포인터의 회전 시간과 각도를 하나씩 판단해야 합니다. 세 개의 스레드를 사용하여 이 세 포인터의 표시를 처리하는 경우 이는 각 스레드에 대해 별도의 작업을 수행한다는 의미입니다. 이는 개발자가 프로그램을 이해하고 유지하는 데 도움이 됩니다.
3. 비동기 이벤트 처리 단순화
서버 애플리케이션이 다양한 클라이언트 연결을 수신하는 경우 이를 처리하는 가장 간단한 방법은 각 클라이언트 연결에 대한 스레드를 생성하는 것입니다. 그러면 수신 스레드는 여전히 클라이언트의 요청을 수신하는 역할을 담당합니다. 이런 종류의 애플리케이션을 단일 스레드로 처리하는 경우 수신 스레드가 클라이언트 요청을 받으면 클라이언트가 보낸 데이터를 읽기 시작합니다. 데이터를 읽은 후 읽기 메서드, 즉 이 스레드가 차단됩니다. 더 이상 클라이언트 요청을 들을 수 없습니다. 단일 스레드에서 여러 클라이언트 요청을 처리하려면 비차단 소켓 연결과 비동기 I/O를 사용해야 합니다. 그러나 비동기 I/O를 사용하는 것은 동기 I/O를 사용하는 것보다 제어하기가 더 어렵고 오류가 발생하기 쉽습니다. 따라서 다중 요청과 같은 비동기 이벤트는 멀티스레딩 및 동기 I/O를 사용하여 보다 쉽게 처리할 수 있습니다.
4. GUI를 더욱 효율적으로 만들기
단일 스레드를 사용하여 GUI 이벤트를 처리하는 경우 루프를 사용하여 언제든지 발생할 수 있는 GUI 이벤트를 검색해야 하며, 루프 내에서 GUI 이벤트를 검색하는 것 외에도 다른 프로그램 코드를 실행해야 합니다. 코드가 너무 길면 코드가 실행될 때까지 GUI 이벤트가 "동결"됩니다.
최신 GUI 프레임워크(예: SWING, AWT 및 SWT)에서는 별도의 EDT(이벤트 디스패치 스레드)가 GUI 이벤트를 검색하는 데 사용됩니다. 버튼을 누르면 버튼의 클릭 이벤트 함수가 이 이벤트 전달 스레드에서 호출됩니다. EDT의 작업은 GUI 이벤트만 검색하는 것이므로 이러한 방식으로 이벤트에 대한 응답은 매우 빠릅니다.
5. 비용 절감
일반적으로 프로그램 실행 효율성을 향상시키는 세 가지 방법이 있습니다.
(1) 컴퓨터의 CPU 수를 늘립니다.
(2) 하나의 프로그램에 대해 여러 프로세스를 시작합니다.
(3) 프로그램에서 여러 프로세스를 사용합니다.
첫 번째 방법은 가장 쉬운 방법이지만 가장 비용이 많이 듭니다. 이 방법은 이론상으로는 프로그램 수정이 필요하지 않습니다. 어떤 프로그램이라도 실행 효율성을 높이기 위해 이 방법을 사용할 수 있습니다. 두 번째 방법은 하드웨어를 새로 구입하지 않아도 되지만 데이터 공유가 쉽지 않다. 이 프로그램으로 완료해야 하는 작업이 데이터 공유가 필요한 경우 이 방법은 편리하지 않으며 여러 스레드를 시작하면 많은 시스템이 소모된다. 자원. 세 번째 방법은 첫 번째 방법의 단점을 보완하면서도 장점은 그대로 계승한 방식이다. 즉, CPU를 구입할 필요도 없고, 너무 많은 스레드를 시작하여 시스템 리소스를 많이 차지하지도 않습니다. (기본적으로 스레드가 차지하는 메모리 공간은 프로세스가 차지하는 메모리 공간보다 훨씬 작습니다.) . Multiple) 및 멀티스레딩은 여러 CPU의 실행 모드를 시뮬레이션할 수 있습니다. 따라서 멀티스레딩을 사용하는 것이 프로그램 실행 효율성을 높이는 가장 저렴한 방법입니다.
3. 자바 스레드 모델
Java는 순수한 객체 지향 언어이므로 Java의 스레딩 모델도 객체 지향입니다. Java는 Thread 클래스를 통해 스레드에 필요한 모든 기능을 캡슐화합니다. 스레드를 생성하려면 스레드 실행 함수가 있어야 합니다. 이 스레드 실행 함수는 Thread 클래스의 run 메서드에 해당합니다. Thread 클래스에는 Windows 스레드 생성 함수 CreateThread를 호출하는 것과 동일한 스레드 설정을 담당하는 시작 메서드도 있습니다. start 메소드가 호출될 때 스레드가 성공적으로 설정되면 Thread 클래스의 run 메소드가 자동으로 호출됩니다. 따라서 Thread를 상속받은 모든 Java 클래스는 Thread 클래스의 start 메소드를 통해 스레드를 생성할 수 있습니다. 자신만의 스레드 실행 함수를 실행하려면 Thread 클래스의 run 메서드를 재정의해야 합니다.
Java 스레드 모델의 Thread 클래스 외에도 Java 클래스를 스레드 클래스로 사용할 수 있는지 여부를 식별하는 Runnable 인터페이스도 있습니다. 이 인터페이스에는 Java의 스레드 실행 기능인 하나의 추상 메소드 실행만 있습니다. 스레드 모델. 따라서 스레드 클래스에 대한 유일한 기준은 해당 클래스가 Runnable 인터페이스의 run 메소드를 구현하는지 여부입니다. 즉, 스레드 실행 기능이 있는 클래스는 스레드 클래스입니다.
위에서 볼 수 있듯이 Java에서 스레드를 생성하는 방법에는 두 가지가 있는데, 하나는 Thread 클래스를 상속하는 것이고, 다른 하나는 Runnable 인터페이스를 구현하고 Thread와 Runnable을 구현하는 클래스를 통해 스레드를 생성하는 것입니다. 이 두 메소드는 본질적으로 메소드라고 합니다. 즉 Thread 클래스를 통해 스레드가 생성되고 run 메소드가 실행되는 것입니다. 그러나 가장 큰 차이점은 스레드가 Thread 클래스를 상속하여 생성된다는 점입니다. Java는 다중 상속을 지원하지 않기 때문에 이 스레드 클래스가 Thread를 상속하면 다른 클래스를 상속할 수 없습니다. 필요한 경우 스레드 클래스가 Thread 클래스 대신 비즈니스 관련 클래스를 상속할 수 있도록 Runnable 인터페이스를 구현하여 스레드를 설정하는 메서드입니다.