자바 멀티스레딩 마스터: 효율적인 동시성 프로그래밍 가이드

자바는 멀티스레드 프로그래밍 언어로, 하나의 프로그램 내에서 여러 작업을 동시에 수행할 수 있습니다. 멀티스레딩을 통해 CPU 코어를 최대한 활용하고 애플리케이션의 반응성과 처리량을 높일 수 있습니다.

스레드 생명 주기

스레드는 생성부터 종료까지 다음과 같은 상태를 거칩니다.

• New (생성): new Thread()로 생성되었으나 start()가 호출되지 않은 상태

• Runnable (실행 가능): start() 호출 후 스케줄러의 선택을 기다리는 상태

• Running (실행 중): CPU를 할당받아 run() 메서드 실행 중

• Waiting/Blocked (대기/차단): wait(), sleep(), I/O 대기, 락 획득 대기 등으로 일시 정지

• Timed Waiting (시간 제한 대기): sleep(ms), wait(ms), join(ms) 등으로 정해진 시간 동안 대기

• Terminated (종료): run() 메서드 완료 또는 예외로 종료

스레드 우선순위

• MIN_PRIORITY = 1, NORM_PRIORITY = 5 (기본값), MAX_PRIORITY = 10

• 우선순위는 스케줄러의 힌트일 뿐, 실행 순서를 보장하지 않음 (OS 종속적)

스레드 생성 방법 1: Runnable 인터페이스 구현

상속의 제약 없이 스레드 로직을 분리할 수 있어 권장되는 방식입니다.

단계별 구현

1. Runnable 인터페이스 구현 및 run() 메서드 오버라이드

2. Thread(Runnable target, String name) 생성자로 스레드 객체 생성

3. start() 호출로 스레드 시작

예제

class TaskRunner implements Runnable {
    private final String name;
    
    public TaskRunner(String name) {
        this.name = name;
    }
    
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 3; i >= 0; i--) {
            System.out.println(name + ": " + i);
            try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) { Thread.currentThread().interrupt(); }
        }
    }
}

public class RunnableDemo {
    public static void main(String[] args) {
        new Thread(new TaskRunner("스레드-A")).start();
        new Thread(new TaskRunner("스레드-B")).start();
    }
}

스레드 생성 방법 2: Thread 클래스 상속

Thread를 상속받아 run()을 오버라이드하는 방식입니다. 간단하지만 상속 제약이 있습니다.

예제

class WorkerThread extends Thread {
    private final String name;
    
    public WorkerThread(String name) {
        this.name = name;
    }
    
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 3; i >= 0; i--) {
            System.out.println(name + ": " + i);
            try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) { Thread.currentThread().interrupt(); }
        }
    }
}

public class ThreadDemo {
    public static void main(String[] args) {
        new WorkerThread("워커-1").start();
        new WorkerThread("워커-2").start();
    }
}

주요 Thread 메서드

심화 주제: 동시성 제어

실무에서는 다음 개념들을 반드시 이해해야 합니다.

• 스레드 동기화: synchronized, Lock, ReentrantLock으로 공유 자원 보호

• 스레드 간 통신: wait(), notify(), notifyAll() 또는 Condition 활용

• 데드락 방지: 락 순서 고정, 타임아웃 설정, tryLock() 활용

• Executor 프레임워크: ExecutorService, 스레드 풀, Future, CompletableFuture로 고수준 동시성 제어

• 동시성 컬렉션: ConcurrentHashMap, CopyOnWriteArrayList, BlockingQueue 등

모범 사례

• Runnable 구현 우선 고려 (함수형 인터페이스로 람다 활용 가능)

• 스레드 풀(Executors) 사용하여 스레드 생성/소멸 비용 절감

• 공유 가변 상태 최소화, 불변 객체 활용

• volatile 키워드로 가시성 보장, Atomic 클래스로 원자성 확보

• 예외 처리 누락 방지: 스레드 내 예외는 메인 스레드로 전파되지 않음