[JAVA] 스레드란? run() start() 의 차이

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[JAVA] 스레드란? run() start() 의 차이

경딩 2024. 11. 11. 20:03

스레드란 무엇이면 왜 스레드 실행 시 run() 메서드가 아닌 start()를 호출하라고 하는 걸까?

해당 내용을 알아보자.

자바 메모리 구조

자바 메모리 영역은 크게 메서드, 스택, 힙 영역으로 나눠져 있다.

메서드 영역(Method Area) : 메서드 영역은 프로그램을 실행하는데 필요한 공통 데이터를 관리한다. 이 영역은 프로그램의 프로그램의 모든 영역에서 공유한다.
- 클래스 정보 : 클래스의 실행 코드 (바이트 코드). 필드, 메서드와 생성자 코드 등 모든 실행 코드가 존재한다.
- static 영역 : static 변수들을 보관한다.
- 런타임 상수 풀 : 프로그램을 실행하는데 필요한 공통 리터럴 상수를 보관한다.
스택 영역 (Stack Area) : 자바 실행 시, 하나의 실행 스택이 생성된다. 각 스택 프레임은 지역 변수, 중간 연산 결과, 메서드 호출 정보 등을 포함한다.
- 스택프레임: 스택 영역에 쌓이는 네모 박스가 하나의 스택 프레임이다. 메서드를 호출할 때마다 하나의 스택프레임이 쌓이고, 메서드가 종료되면 해당 스택 프레임이 제거된다.
힙 영역 (Heap Area) : 객체(인스턴스)와 배열이 생성되는 영역이다. 가비지 컬렉션(GC) 이 이루어지는 주요 영역이며, 더 이상 root 참조가 되지 않는 객체는 GC에 의해 제거된다

참고 : 스택 영역은 더 정확히는 각 스레드별로 하나의 실행 스택이 생성된다. 따라서 스레스 수만큼 스택이 생성된다. 지금은 스레드를 1개만 사용하므로 스태개도 하나이다. 이후 스레드를 추가하면 스택도 스레드 수만큼 증가한다.

스레드 생성

스레드를 만들 때는 Thread 클래스를 상속받는 방법과 Runnable 인터페이스를 구현하는 방법이 있다.

스레드 생성 - Thread 상속

자바는 많은 것을 객체로 다룬다. 자바가 예외를 객체로 다루듯이, 스레드도 객체로 다룬다.

스레드가 필요하면, 스레드 객체를 생성해서 사용하면 된다.

package thread.start;

public class HelloThread  extends Thread{
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : run ");
    }
}

Thread 클래스를 상속하고, 스레드가 실행할 코드를 run() 메서드에 재정의한다.

Thread.currentThread()를 호출하면 해당 코드를 실행하는 스레드 객체를 조회할 수 있다.

Thread.currentThread(). getName() : 실행 중인 스레드의 이름을 조회한다.

주의! run() 메서드가 아니라 반드시 start() 메서드를 호출해야 한다. 그래야 별도의 스레드에서 run() 코드가 실행된다.

package thread.start;

public class HelloThreadMain extends Thread {

    public static void main(String[] args) {

        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : main() start");
        HelloThread helloThread = new HelloThread();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : start() 호출 전");
        helloThread.start();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : start() 호출 후");
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : main() end");

    }
}

스레드의 실행 순서는 약간 다를 수 있다.

스레드 생성 전

실행 결과를 보면 main() 메서드에 main이라는 이름의 스레드가 실행하는 것을 확인할 수 있다. 프로세스가 작동하려면 스레드가 최소한 하나는 있어야한다. 그래야 코드를 실행 할 수 있다. 자바는 실행 시점에 main 이라는 이름의 스레드를 만들고 프로그램의 시작점인 main() 메서드를 실행한다.

스레드 생성 후

HelloThread 스레드 객체를 생성한 다음에 start() 메서드를 호출하면 자바는 스레드를 위한 별도의 스택공간을 할당한다.
스레드 객체를 생성하고, 반드시 start()를 호출해야 스택공간을 할당받고 스레드가 작동한다.
스레드에 이름을 주지 않으면 자바는 Thread-0, Thread-1과 같은 임의의 이름을 부여한다.
새로운 Thread-0 스레드가 사용할 전용 스택 공간이 마련되었다.
Thread-0 스레드는 run() 메서드 스택프레임에 스택을 올리면서 run() 메서드를 시작한다.

메서드를 실행하면 스택 위에 스택프레임이 쌓인다.

main 스레드는 main() 메서드의 스택 프레임을 스택에 올리면서 시작한다.
직접 만드는 스레드는 run() 메서드의 스택프레임을 스택에 올리면서 시작한다.

실행 결과를 보면 Thread-0 스레드가 run() 메서드를 실행하는 것을 확인할 수 있다.

main 스레드가 HelloThread 인스턴스를 생성한다. 이때 스레드 이름을 부여하지 않으면 자바가 Thread-0 , Thread-1과 같은 임의의 이름을 부여한다.
start() 메서드를 호출하면 Thread-0 스레드가 시작되면서 Thread-0 스레드가 run() 메서드를 호출한다.
여기서 핵심은 main 스레드가 run() 메서드를 실행하는 게 아니라 Thread-0 스레드가 run() 메서드를 실행한다는 점이다,
main 스레드는 단지 start 메서드를 통해 Thread-0 스레드에게 실행을 지시할 뿐이다. 다시 강조하지만 main 스레드가 run을 호출하는 것이 아니다. main 스레드는 다른 스레드에게 일을 시작하라고만 지시만 하고, 바고 start() 메서드를 빠져나온다.
이제 main 스레드와 Thread-0 스레드는 동시에 실행된다.
main 스레드 입장에서 보면 그림의 1, 2, 3번 코 들으 멈추지 않고 계속 수행한다. 그리고 run() 메서드는 main 이 아닌 별도의 스레드에서 실행된다.

스레드 간 실행 순서는 보장하지 않는다.

스레드는 동시에 실행되기 때문에 스레드 간에 실행순서는 얼마든지 달라질 수 있다.

cpu 코어가 2개여서 물리적으로 정말 동시에 실행될 수도 있고, 하나의 cpu 코어에 시간을 나누어 실행될 수도 있다. 그리고 한 스레드가 얼마나 오랜 기간 동안 실행되는지는 보장하지 않는다. 한 스레드가 먼저 다 수행된 다음에 다른 스레드가 수행될 수도 있고, 둘이 번갈아 수행되는 경우도 있다.

스레드는 순서와 실행시간 모두 보장하지 않는다. 이것이 바로 멀티스레드이다.

스레드 생성 - Runnable

스레드를 만들 때는 Thread 클래스를 상속받는 방법과 Runnable 인터페이스를 구현하는 방법이 있다.

Runnable 인터페이스 구현 방식으로 스레드를 생성해보자

package thread.start;

public class HelloRunnableMain {
    public static void main(String[] args) {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " main() start ");

        HelloRunnable runnable = new HelloRunnable();
        Thread thread = new Thread(runnable);
        thread.start();

        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " main() end ");
    }
}

실행 결과

실행 결과는 기존과 같다. 차이가 있다면 스레드와 해당 스레드가 실행할 작업이 서로 분리되어 있다는 점이다.

스레드는 객체를 생성할 때 , 실행할 작업을 생성자로 전달하면 된다.

Thread 상속 vs Runnable 구현

스레드 사용할 때는 Thread 상속 받는 방법보다 Runnable 인터페이스를 구현하는 방식을 사용하자.

Runnable 인터페이스를 구현하는 방식이 더 나은 선택이다.

Thread 클래스 상속 방식

장점

간단한 구현 : Thread 클래스를 상속받아 run() 메서드만 재정의하면 된다.

단점

상속의 제한: 자바는 단일 상속만 허용하므로 이미 다른 클래스를 상속받고 있는 경우 Thread 클래스를 상속 받을 수 없다.
유연성 부족: 인터페이스를 사용하는 방법에 비해 유연성이 떨어진다.

Runnable 인터페이스 구현방식

장점

상속의 자유로움 : Runnable 인터페이스 방식은 다른 클래스를 상속받아도 문제없이 구현 할 수 있다.
코드의 분리 : 스레드와 실행할 작업을 분리하여 코드의 가독성을 높일 수 있다.
여러 스레드가 동일한 Runnable 객체를 공유할 수 있어 자원 관리를 효율적으로 할 수 있다.

단점

코드가 약간 복잡해질수 있다. Runnable 객체를 생성하고 이를 Thread 에 전달하는 과정이 추가된다.

정리하자면 Runnable 인터페이스 구현 방식을 사용하자

스레드와 실행할 작업을 명확히 분리하고, 인터페이스를 사용하므로 Thread 클래스를 직접 상속하는 방식보다 더 유연하고 유지보수 하기 쉬운 코드를 만들 수 있다.

start() vs run()

스레드의 start() 대신에 run() 메서드를 직접 호출하면 어떻게 될까?

package thread.start;

public class BadThreadMain extends Thread {

    public static void main(String[] args) {

        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : main() start");
        HelloThread helloThread = new HelloThread();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : start() 호출 전");
        helloThread.run();
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : start() 호출 후");
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : main() end");

    }

}

heoolThread.run() : start()를 호출해야 하지만 여기서 문제를 확인하기 위해 run()을 직접 호출한다.

실행결과

run() 직접호출

실행 결과를 잘 보면 변도의 스레드가 run() 을 실행하는 것이 아니라, main 스레드가 run() 메서드를 호출할 것을 확인할 수 있다.
자바를 처음 실행하면 main 스레드가 main() 메서드를 호출하면서 시작한다.
main 스레드가 HeoolThread 인스턴스에 있는 run()이라는 메서드를 호출한다.
main 스레드가 run() 메서드를 실행했기 때문에 main 스래드가 사용하는 스택 위에 run() 스택 프레임이 올라간다.

결과적으로 main 스레드가 모든 것을 처리한 것이 된다.

스레드의 start() 메서드는 스레드에 스택 공간을 할당하면서 스레드를 시작하는 아주 특별한 메서드이다. 그리고 해당 스레드에서 run() 메서드를 실행한다. 따라서 main 스레드가 아닌 별도의 스레드에서 재정의한 run() 메서드를 실행하려면 반드시 start() 메서드를 호출해야 한다.

여러 쓰레드 생성

package thread.start;

import static util.MyLogger.log;

public class ManyThreadMainV1 {
    public static void main(String[] args) {
        log("main() start");

        HelloRunnable runnable = new HelloRunnable();
        Thread thread1 = new Thread(runnable);
        thread1.start();
        Thread thread2 = new Thread(runnable);
        thread2.start();
        Thread thread3 = new Thread(runnable);
        thread3.start();

        log("main() end");
    }
}

실행 결과는 다를 수 있다. 스레드의 실행 순서는 보장되지않는다.

실행 결과

Thread 3 개를 생성할때 모두 같은 HelloRunnable 인스턴스 (x001) 를 스레드의 실행 작업으로 전달했다

Thread-0, Thread-1 , Thread-2 는 모두 HelloRunnable 인스턴스에 있는 run 메서드를 실행한다.

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