20-2.스레드 관리

20-2-1.스레드 상태

스레드를 생성하고 start로 기동시키면 이후부터 운영체제는 주기적으로 시간을 할당하여 스레드를 실행한다. run 메서드가 리턴하여 작업을 완료하면 스레드는 실행을 종료하고 관련 정보나 호출 스택은 제거된다.

스레드를 관리하는 일은 운영체제의 몫이며 프로그램은 필요할 때 스레드를 생성하여 기동시키면 된다. 그러나 때로는 주 스레드에서 작업 스레드의 실행을 제어할 필요가 있다. 운영체제의 상황에 따라, 관리 메서드 호출에 의해 스레드는 다음과 같은 상태를 순환한다.

start에 의해 스레드를 기동할 때 바로 실행을 시작하지 않고 실행대기 큐에서 자기 차례를 기다린다. 스케줄러는 CPU 시간을 쪼개 대기열의 스레드를 번갈아 실행한다. 자기 차례가 되면 run 메서드의 코드를 실행하며 할당 받은 시간을 다 쓰면 대기열로 들어가 다음 차례를 기다린다. run 메서드의 모든 코드를 실행하고 리턴하면 스레드는 종료된다.

이것이 가장 보편적인 스레드의 일생이되 운영체제의 상황에 따라 스레드의 실행 상태가 바뀔 수 있고 스레드 관리 메서드에 의해 변화를 줄 수도 있다. 스레드의 현재 상태를 조사할 때는 다음 메서드를 호출한다.

Thread.State getState()

Thread.State라는 내부 열거형 타입의 값을 리턴하는데 다음과 같은 열거값이 정의되어 있다.

상태	설명
NEW	생성만 되어 있고 아직 시작은 하지 않은 상태
RUNNABLE	실행중 또는 다음 실행 시간을 기다리는 상태
BLOCKED	동기화 블록에 들어가기 위해 대기중인 상태
WAITING	다른 스레드가 특정 작업을 완료할 때까지 대기중
TIMED_WAITING	지정한 시간동안 다른 스레드의 작업 완료 대기중
TERMINATED	실행을 마치고 종료된 상태

getState 메서드는 스레드 상태를 모니터링하는 목적으로만 사용하며 동기화에 사용하는 것은 권장하지 않는다. 이 메서드는 자바 1.5에서 뒤늦게 추가되었는데 그 전에는 상태 조사 없이도 스레드를 잘 사용할 수 있었다는 얘기다. 다음 세 메서드는 스레드의 상태를 강제로 변경한다.

void suspend()

void resume()

void stop()

각각 스레드를 일시 중지, 재개, 강제 종료시킨다. 스케줄러는 일시 중지된 스레드에게 CPU 시간을 주지 않으며 재개하면 다시 시간을 할당받는다. suspend는 얼음이고 resume은 땡이다. 메서드 이름만큼이나 기능도 명쾌하니 간단한 예제로 테스트해보자.

suspend
class JavaTest { public static void main(String[] args) { PrintThread worker = new PrintThread(); worker.start(); for (int num = 0;num < 30;num++) { System.out.print("O"); try { Thread.sleep(200); } catch (InterruptedException e) { ; } if (num == 5) worker.suspend(); if (num == 25) worker.resume(); } } } class PrintThread extends Thread { public void run() { for (int num = 0;num < 30;num++) { System.out.print("X"); try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) { ; } } } }
실행결과	XOXXXOXOXXOXXOXXXOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOOXXXOXXOXXOXOXXXXXXXXXX

주스레드에서 num이 5일 때 작업 스레드를 잠시 중지시키고 num이 25일 때 다시 재개시켰다. 동그라미 5개 찍은 후 작업 스레드는 잠시 멈추고 동그라미만 계속 찍다가 25개 찍은 후부터 X가 출력된다.

스레드를 강제로 정지시키면 동기화 문제로 인한 데드락 위험이 있어 이 메서드들은 권장하지 않으며 폐기되었다. 작업 스레드가 특정 자원을 사용하고 주스레드가 이 자원이 해제되기를 기다리고 있는 상태에서 작업 스레드가 정지되면 대기 상태를 풀 수 없어 위험하다.

스레드의 상태는 스케줄러가 알아서 잘 통제하는데 이를 인위적으로 건드리면 사고가 발생할 가능성이 높아진다. 가급적 자연스럽게 흘러가도록 내 버려 두는 것이 좋다. 다음 두 메서드는 스레드의 실행 시간을 제어한다.

static void sleep(long millis)

static void yield()

sleep 메서드는 지정한 시간만큼 스레드의 실행을 중지하고 잠시 쉰다. 시간은 1/1000초 단위로 섬세하게 지정한다. 쉬는 중에 interrupt 메서드에 의해 강제로 대기가 풀릴 수 있어 반드시 예외 처리를 해야 하며 그래서 try 블록이 필수적이다. 지금까지의 예제에서 출력 속도를 제어하기 위해 계속 사용했었다.

yield는 할당된 시간을 포기하고 실행 시간을 양보하도록 의사를 표시한다. 이 메서드를 호출한다고 해서 즉시 실행 대기 상태가 되는 것은 아니며 스케줄러가 결정한다. 스레드가 양보하더라도 CPU를 쓸 스레드가 없으면 반납을 받지 않는다. 경쟁 상태 해소나 디버깅 목적으로만 가끔 사용되며 실용적으로 이 메서드가 꼭 필요한 경우는 드물다.

sleep이나 yield는 둘 다 정적 메서드여서 특정 스레드 객체에 대해 호출할 수 없다. 대기나 양보의 대상은 항상 이 메서드를 호출하는 현재 스레드이다. 자발적으로 시간을 양보할 수는 있어도 외부에서 worker.sleep()식으로 호출하여 다른 스레드의 실행을 강제로 제어할 수는 없다.

20-2-2.우선순위

스레드는 CPU 시간을 공평하게 배정받는다. 앞에서 만든 예제의 두 스레드는 sleep 시간이 달라 끝나는 시간에 차이가 있는데 지연 시간을 일치시키면 거의 똑같이 끝난다. 우선순위는 CPU 시간을 얼마나 더 사용할 것인가를 지정하는 스레드의 속성이다.

긴급한 작업을 처리하는 스레드는 우선순위를 높여 더 많은 CPU 시간을 배정하는 것이 좋다. 백그라운드 작업은 천천히 해도 상관없지만 사용자를 대면하는 스레드는 반응이 민첩해야 하므로 우선순위를 높이는 것이 바람직하다. 우선순위는 다음 메서드로 조사 및 설정한다.

void setPriority(int newPriority)

1 ~ 10까지의 중요도를 지정하되 보통은 다음 세 개의 상수로 보통 순위, 높은 순위, 낮은 순위 정도만 지정한다. 상수 대신 1 ~ 10 사이의 임의의 정수를 사용해도 상관없다. 10이 가장 높고 1이 가장 낮다.

public static final int NORM_PRIORITY = 5;

public static final int MIN_PRIORITY = 1;

public static final int MAX_PRIORITY = 10;

우선순위는 절대적인 값이 아니라 상대적인 값이다. 우선순위 5의 스레드는 3보다는 더 많은 시간을 할당 받으며 7보다는 더 적은 시간을 할당 받는다. 새로 생성되는 스레드는 부모 스레드의 우선순위를 상속받는다. 주 스레드의 디폴트 우선순위는 5이며 작업 스레드도 특별한 지정이 없는 한 5 순위로 생성된다. 우선순위는 start 메서드 호출 전에, 즉 스레드가 시작되기 전에 미리 변경해야 한다.

priority
class JavaTest { public static void main(String[] args) { PrintThread1 worker1 = new PrintThread1(); PrintThread2 worker2 = new PrintThread2(); worker1.start(); worker2.setPriority(Thread.MAX_PRIORITY); worker2.start(); } } class PrintThread1 extends Thread { public void run() { double sum = 0; for (int i = 0;i < 10000000;i++) { sum += Math.cos(i); } System.out.println("cos = " + sum); } } class PrintThread2 extends Thread { public void run() { double sum = 0; for (int i = 0;i < 10000000;i++) { sum += Math.sin(i); } System.out.println("sin = " + sum); } }
실행결과	cos = 1.3385389790054403 sin = 1.5353436153503854

PrintThread1 스레드는 cos 값을 천만 번 계산하는 연산을 수행하며 PrintThread2 스레드는 sin 값을 천만 번 계산한다. 둘 다 굉장히 오래 걸리는 연산을 하는데 먼저 끝나는 스레드의 결과가 위쪽에 출력된다. worker2의 우선순위를 최대한 높여 두었기 때문에 이 스레드가 더 많은 시간을 할당받아 작업이 먼저 끝날 것이다.

이론상으로는 그렇지만 우선순위 결정 알고리즘은 시스템 상황에 따라 달라질 수 있고 여러 요소가 개입하기 때문에 실제 결과는 예측하기 어렵다. 우선순위 지정은 시간을 자주 할당해 달라는 요청일 뿐이며 이 요청을 들어줄 것인가 아닌가는 시스템이 결정한다. 대개의 경우는 눈에 띌만한 차이가 나지 않으며 정교한 스케줄링 알고리즘에 방해가 되므로 웬만하면 건드리지 않는 것이 좋다.

스레드는 고유한 문자열 이름을 가진다. 스레드를 생성할 때 인수를 전달하여 이름을 미리 지정하거나 실행중에 다음 메서드로 이름을 변경, 조사한다.

void setName(String name)

String getName()

별도의 이름을 주지 않으면 주스레드는 main이라는 이름이 주어지며 작업 스레드는 Thread-n 이라는 일련 번호로 이름을 붙인다. 스레드 이름은 실행과는 별반 상관이 없으며 디버깅이나 정보 출력용으로 사용된다.

20-2-3.데몬 스레드

스레드는 종료 방식에 따라 사용자 스레드(User Thread)와 데몬 스레드(Daemon Thread)로 나누어진다. 사용자 스레드가 모두 종료되어야 프로그램이 종료되며 하나라도 실행중이면 마지막 스레드가 실행을 마칠 때까지 기다린다. 반면 데몬은 프로그램 종료시에 스레드가 실행중이더라도 강제 종료된다.

사용자를 대면하거나 유한한 연산을 처리한다면 사용자 스레드로 만들어 작업이 끝날 때까지 계속 실행해야 한다. 반면 단순한 장식이나 문서 자동 저장 등 언제든지 그만 두어도 상관없는 작업은 데몬 스레드로 실행한다. 새 스레드는 부모의 속성을 따라 가는데 main이 사용자 스레드여서 보통은 사용자 스레드로 생성된다. 데몬 스레드로 변경할 때는 다음 메서드를 호출한다.

void setDaemon(boolean on)

boolean isDaemon()

생성 직후 start 메서드를 호출하기 전에 setDaemon(true)를 호출하여 데몬 스레드로 지정한다. 데몬 스레드가 생성하는 스레드는 자동으로 데몬 스레드가 된다. 다음 예제를 보자.

daemon
class JavaTest { public static void main(String[] args) { PrintThread worker = new PrintThread(); worker.setDaemon(true); worker.start(); for (int i = 0;i < 20;i++) { System.out.print(i); try { Thread.sleep(500); } catch (InterruptedException e) { ; } } } } class PrintThread extends Thread { public void run() { while(true) { System.out.print("save"); try { Thread.sleep(2000); } catch (InterruptedException e) { ; } } } }
실행결과	0123save456save78910save11121314save15161718save19

주스레드는 20까지 정수를 출력하는데 문서를 편집하는 작업이라고 하자. 주스레드가 이 작업을 하는 동안 작업 스레드는 편집된 문서를 2초 간격으로 자동 저장한다. 실행해 보면 주기적으로 문서를 저장하며 상용 워드 프로세서에도 이런 기능이 있다. 자동 저장 기능이 별도의 스레드로 분리되어 있어 저장중에도 문서를 계속 편집할 수 있다.

이런 백그라운드 처리는 횟수가 정해져 있지 않고 계속 반복되므로 보통 무한 루프를 돈다. 루프를 빠져나오는 구문이 없지만 실제로 무한히 실행되는 것은 아니며 데몬 스레드로 지정되어 있어 주스레드가 끝나면 강제 종료된다. 주스레드가 편집 작업을 마치면 자동 저장 작업도 더 할 필요 없다.

그래서 스레드 생성 직후에 데몬 스레드로 지정하였다. 데몬 스레드 지정을 주석 처리하면 주스레드가 종료되어도 자동 저장 코드를 계속 실행하느라 영원히 종료되지 않는다. 프로그램 실행 흐름과 별반 상관이 없는 장식성 애니메이션, 네트웍 접속 대기, 문서 정렬 루틴 등은 데몬 스레드로 처리한다.