자바, 멀티 스레드 개념

주의 사항!

• 이 글은 제가 직접 공부하는 중에 작성되고 있습니다.
• 따라서 제가 이해하는 그대로의 내용이 포함됩니다.
• 따라서 이 글은 사실과는 다른 내용이 포함될 수 있습니다.

프로세스와 스레드

운영체제에서는 실행 중인 하나의 애플리케이션을 프로세스(process)라고 부릅니다. 사용자가 애플리케이션을 실행하면 운영체제로부터 실행에 필요한 메모리를 할당받아 애플리케이션의 코드를 실행하는데 이것이 프로세스입니다. 하나의 애플리케이션은 다중 프로세스를 만들기도 하는데, 예를 들어 Chrome 브라우저를 두 개 실행했다면 두 개의 Chrome 프로세스가 생성된 것입니다. 

 

멀티 태스킹(multi tasking)은 두 가지 이상의 작업을 동시에 처리하는 것을 말하는데, 운영체제는 멀티 태스킹을 할 수 있도록 CPU 및 메모리 자원을 프로세스마다 적절히 할당해주고, 병렬로 실행시킵니다. 예를 들어 워드로 문서 작업을 하면서 동시에 윈도우 미디어 플레이어로 음악을 들을 수 있습니다.

 

멀티 태스킹은 꼭 멀티 프로세스를 뜻하지는 않습니다. 한 프로세스 내에서 멀티 태스킹을 할 수 있도록 만들어진 애플리케이션들도 있습니다. 대표적인 것이 미디어 플레이어와 메신저입니다. 미디어 플레이어는 동영상 재생과 음악 재생이라는 두 작을 동시에 처리하고, 메신저는 채팅 기능을 제공하면서 동시에 파일 전송 기능을 수행하기도 합니다. 

 

어떻게 하나의 프로세스가 두 가지 이상의 작업을 처리할 수 있을까요? 그 비밀은 멀티 스레드(multi thread)에 있습니다. 스레드(thread)는 사전적 의미로는 한 가닥의 실이라는 뜻을 가지고 있는데, 한 가지 작업을 실행하기 위해 순차적으로 실행할 코드를 실처럼 이어 놓았다고 해서 유래된 이름입니다. 하나의 스레드는 하나의 코드 실행 흐름이기 때문에 한 프로세스 내에 스레드가 두 개라면 두 개의 코드 실행 흐름이 생긴다는 의미입니다. 

 

멀티 프로세스가 애플리케이션 단위의 멀티 태스킹이라면 멀티 스레드는 애플리케이션 내부에서의 멀티 태스킹이라고 볼 수 있습니다. 프로세스들은 운영체제에서 할당받은 자신의 메모리를 가지고 실행하기 때문에 서로 독립적입니다. 따라서 하나의 프로세스에서 오류가 발생해도 다른 프로세스에게 영향을 미치지 않습니다. 하지만 멀티 스레드는 하나의 프로세스 내부에 생성되기 때문에 하나의 스레드가 예외를 발생시키면 프로세스 자체가 종료될 수 있어 다른 스레드에게 영향을 미치게 됩니다.

 

예를 들어 멀티 프로세스인 워드와 엑셀을 동시에 사용하던 중, 워드에 오류가 생겨 먹통이 되더라도 엑셀은 여전히 사용 가능합니다. 그러나 멀티 스레드로 동작하는 메신저의 경우 파일을 전송하는 스레드에서 예외가 발생하면 메신저 프로세스 자체가 종료되기 때문에 채팅 스레드도 같이 종료됩니다. 그렇기 때문에 멀티 스레드에서는 예외 처리에 만전을 기해야 합니다.

 

멀티 스레드는 다양한 곳에서 사용됩니다. 대용량 데이터의 처리 시간을 줄이기 위해 데이터를 분할해서 병렬로 처리하는 곳에서 사용되기도 하고, UI를 가지고 있는 애플리케이션에서 네트워크 통신을 하기 위해 사용되기도 합니다. 또한 다수 클라이언트의 요청을 처리하는 서버를 개발할 때에도 사용됩니다. 멀티 스레드는 애플리케이션을 개발하는데 꼭 필요한 기능이기 때문에 반드시 이해하고 활용할 수 있도록 해야 합니다.

 

메인 스레드

모든 자바 애플리케이션은 메인 스레드가 main() 메서드를 실행하면서 시작됩니다. 메인 스레드는 main() 메서드의 첫 코드부터 아래로 순차적으로 실행하고, main 메서드의 마지막 코드를 실행하거나 return문을 만나면 실행이 종료됩니다. 

 

메인 스레드는 필요에 따라 작업 스레드들을 만들어서 병렬로 코드를 실행할 수 있습니다. 즉 멀티 스레드를 생성해서 멀티 태스킹을 수행합니다. 싱글 스레드 애플리케이션은 메인 스레드가 종료되면 프로세스도 종료됩니다. 하지만 멀티 스레드 애플리케이션은 실행 중인 스레드가 하나라도 있다면, 프로세스는 종료되지 않습니다.