[Java] 쓰레드 동기화, 쓰레드 상태

 

📚 참고한 책

 

: 출처 예스24 홈페이지

 

 

 

- 기본적인 개념을 정리하고 추가적으로 궁금한 것들을 정리했습니다 -

 

 

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✔️   동기화_ 539p

 

• 동기화

: 하나의 작업이 완료된 후 다른 작업을 수행하는 것

 

• 비동기화

: 하나의 작업 명령 이후 완료 여부와 상관없이 바로 다른 작업 명령을 수행하는 것

 

• 메서드 동기화

: 2개의 쓰레드가 동시에 메서드를 실행할 수 없다는 것

접근지정자 synchronized 리턴타입 메서드명(입력매개변수){ }

메서드를 동기화할 때는 동기화하고자 하는 메서드의 리턴 타입 앞에 synchronized 키워드만 넣으면 된다. 이렇게 되면 동시에 2개의 쓰레드에서 해당 메서드를 실행할 수 없게된다. 

 

 

 

• 블록 동기화

: 2개의 쓰레드가 동시에 해당 블록을 실행할 수 없다는 것

어떤 메서드 {
    synchronized (임의의 객체) { }
}

전체 메서드를 동기화하지 않고 원하는 부분만 동기화할 수 있게 한다. 필요한 코드만 동기화를 진행하기 때문에 메서드 동기화보다 더 정밀하게 코드를 설정할 수 있다. 여기서 임의의 객체란 내가 선택한 어떤 객체로 잠금을 설정하겠다는 의미로 생각하면 되고 주로 this를 사용해서 현재 인스턴스 객체로 잠금을 설정한다. 그러면 이 잠근 객체와 같은 객체를 가지는 블록들은 동시 사용이 불가하다.

 

 

 

• 메서드 동기화와 블록 동기화

class MyData {
    
    Object keyObject = new Object();
    synchronized void abc() {
    ...
    }
    
    synchronized void bcd() {
    ...
    }
    
    synchronized void cde() {
    ...
    }
    
    void def() {
        synchronized (keyObject) {
        ...
        }
    }
    
    void efg() {
        synchronized (keyObject) {
        ...
        }
    }
}

abc와 bcd는 동기화 메서드이다. cde와 def 그리고 efg는 동기화 블록을 가지고 있다. 여기서 주의 깊게 봐야할 점은 어떤 메서드가 동기화 메서드인지 동기화 블록인지가 아니다. 각 메서드와 블록이 어떤 키로 잠금이 되어있는지를 봐야한다. abc와 bcd 그리고 cde는 this 객체로 잠금이 되어있다. 그러면 abc,bcd,cde는 동시에 사용할 수 없다. def와 efg는 keyObject로 잠금이 되어있다. 그러면 def와 efg는 동시에 사용할 수 없다.

여기서 각 키는 this와 keyObject로 나뉜다. 키가 다르다면? 동시에 사용가능하다. abc는 cde와 동시에 사용 불가하지만 abc가 def와 동시 사용은 가능할 것이다. 동기화에서 중요한 것은 어떤 객체로 잠금을 설정했는지다.

아마 같은 키를 가지는 메서드를 동시에 사용 불가한 이유는 키가 하나이기 때문일 것이다. 처음에 abc가 키를 선점하고 해야할 활동을 마치면 abc는 키를 반납할 것이다. 이때 키는 다음 순서인 bcd로 넘어가지 않는다. bcd와 cde가 반납된 키를 가지기 위해 서로 경쟁할 것이고 키를 선점한 메서드가 먼저 활동하게 된다.

 

 

 

 

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✔️   쓰레드 6가지 상태_ 552p

 

• NEW 상태

: Thread 객체를 new 키워드를 이용해 생성한 시점인 실행 이전 상태

Thread thread = new Thread() {
    @Override
    public void run() {
        for(long i = 0; i < 1000000000L; i++) {}
    }
}

 

 

• RUNNABLE 상태

: start( ) 메서드를 호출한 상태, 실행 상태로 언제든지 갈 수 있는 상태

thread.start();

 

 

• TERMINATED 상태

: run( ) 메서드가 완전히 종료된 실행을 마친 상태

try {
    myTread.join();
} catch (InterruptedException e) {}

 

 

• TIMED_WAITING 상태

: 정적 메서드인 Thread.sleep 또는 인스턴스 메서드인 join이 호출된 상태

 Thread t1 = new Thread(() -> {
            try {
                Thread.sleep(2000); // 2초 동안 기다림
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });

Thread t2 = new Thread(() -> {
            try {
                t1.join(1000); // 최대 1초 동안 t1을 기다림
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        });

위의 코드는 Runnable 상태에서 일시정지 상태로 전환되는 TIMED_WAITING 상태이다. TIMED_WAITING 상태는 주로 sleep(long millis)를 호출하거나 join(long millis)가 호출됐을 때다. 

Thread.sleep( )은 이 메서드를 호출한 쓰레드를 일시 정지하라는 의미로 일시정지 시간 동안 CPU를 어떤 쓰레드가 사용하든 상관하지 않는다. 쓰레드 객체.join( ) 메서드는 특정 쓰레드 객체에게 일정 시간 동안 CPU를 할당하라는 의미다.

쓰레드 t1은 sleep 메서드로 일시정지가 되었고 2초의 시간동안 어떤 쓰레드가 CPU를 사용하든 신경쓰지 않을 것이다. 그러나 쓰레드 t2는 join 메서드를 사용했기에 t2가 잠시 멈춘 1초 동안 t1 쓰레드가 CPU를 사용하도록 했다.

 

 

 

• BLOCKED 상태

: 동기화 메서드 또는 동기화 블록을 실행하고자 할 때 이미 다른 쓰레드가 해당 영역을 실행하고 있는 경우 발생.

Thread t1 = new Thread("thread1") {
    public void run() {
        mc.syncMethod();
    };
};  

Thread t2 = new Thread("thread2") {
    public void run() {
        mc.syncMethod();
    };
}; 

Thread t3 = new Thread("thread3") {
    public void run() {
        mc.syncMethod();
    };
};

쓰레드 t1이 먼저 실행하고 있을 때, t1이 실행을 완료하고 해당 동기화 영역의 열쇠를 반납할 때까지 기다려야한다. 이때 이런 상황을 BLOCKED 상태라고 한다. 

t1이 반납을 하게 되면 그 다음 순서인 t2가 키를 가질 것 같지만 사실 그렇지 않다. 키가 반납된 순간부터 t2와 t3는 서로 키를 가지기 위해 경쟁할 것이다. 그렇게 먼저 키를 가지게 된 쓰레드가 t1 다음으로 실행하게 될 것이다.

void startAll() {
    t1.start();
    t2.start();
    t3.start();
}

startAll 메서드에서 t1, t2, t3 쓰레드가 동시에 실행하려고 한다. 그러면 당연하게 t1, t2, t3는 경쟁할 것이고 키를 차지한 쓰레드 먼저 실행되며 나머지 두 쓰레드는 BLOCKED 상태가 될 것이다.

 

 

• WAITING 상태

: 쓰레드가 무한정 기다리고 있는 상태

Thread t = new Thread(() -> {
            synchronized (lock) {
                try {
                    lock.wait();
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }

 

시간을 지정하지 않은 join 메서드 또는 object.wait 메서드를 사용하게 되면 WAITING 상태가 된다. join은 다른 쓰레드가 끝날때까지 기다려야하고 wait는 notify( )로 깨울 수 있다. 

lock 객체로 잠금을 건 쓰레드 t는 lock.wait( )으로 lock을 잠깐 반납했다. 언제까지 반납할지 시간을 지정하지 않았기 때문에 notify( )로 호출하여 WAITING 상태에서 빠져나오도록 해야한다.

synchronized (lock) {
    lock.notify(); 
        }