자바 병렬 프로그래밍 - 0부 1장 - 개요

작업을 동시에 실행하는 일에 대한 간략한 역사

• 운영체제: 여러 개의 프로그램을 각자의 프로세스 내에서 동시에 실행
• 프로세스: 각자가 서로 격리된 채, 독립적으로 실행되는 프로그램
  • 운영체제가 프로세스마다 메모리, 파일 핸들, 보안 권한등의 자원을 할당한다.
  • 프로세스간 통신: 소켓, 시그널 핸들러, 공유 메모리, 세마포어, 파일 등으로 통신
• 프로그램 동시 실행으로 해결하는 문제들
  • 자원 활용
    • IO 대기와 같이 유용하지 않은 일을 하며 자원을 점유하고 있으면 비효율적이다. 차라리 다른 프로그램을 사용하는 게 바람직하다.
  • 공정성
    • 한 프로그램을 모두 끝내야 다른 프로그램을 시작하는 것 보다는 더 작은 단위로 컴퓨터를 공유하는 게 바람직하다.
  • 편의성
    • 여러 작업을 전부 처리하는 하나의 프로그램을 작성하는 것보다 각기 일을 처리하고 필요할 때 프로그램 간 조율하는 프로그램을 작성하는 편이 더 쉽고 바람직하다.
• 스레드도 프로세스와 같은 동기를 가지고 고안되었다.
• 스레드와 프로세스의 차이
  • 스레드는 메모리, 파일 핸들과 같이 프로세스에 할당된 자원을 공유한다.
  • 각기 별도의 프로그램 카운터, 스택, 지역 변수를 갖는다.
  • 한 프로그램 내 여러 스레드를 동시에 여러 개의 CPU에 할당해 실행시킬 수 있다.
• 한 스레드는 다른 스레드와 상관 없이 비동기적으로 실행된다.
• 스레드는 프로세스의 메모리 주소 공간을 공유하기에, 한 프로세스 내 모든 스레드는 같은 변수에 접근하고 같은 힙에 객체를 할당한다.
  • 이로 인해서 프로세스보다 더 세밀한 단위로 데이터를 공유할 수 있다.
  • 하지만 동시에 공유된 데이터에 접근하는 과정을 적절하게 동기화해야한다.

스레드의 이점

멀티프로세서 활용

• 프로세서 스케줄링의 기본 단위는 스레드이다. 따라서 하나의 스레드로 동작하는 프로그램은 한 번에 최대 하나의 프로세서만 사용한다. (Q? 어느 CPU 얘기인가?)
• 활성 상태인 스레드가 여러 개인 프로그램은 여러 프로세서에서 동시에 실행될 수 있다.

단순한 모델링

• 각 작업마다 스레드를 하나씩 할당하면 마치 순차적인 작업처럼 처리할 수 있고, 스케줄링, 교차 실행되는 작업, 비동기 IO, 자원 대기 등의 세부적인 부분과 상위의 비즈니스 로직을 분리하기 쉽다.

단순한 비동기 이벤트 처리

• 서버 연결 마다 스레드를 할당하고 동기 IO를 사용하도록 하면 개발 작업이 쉬워진다. (Q? 넌블락 IO랑은 다른가)

더 빨리 반응하는 사용자 인터페이스

• 화면을 그리고 사용자 이벤트를 받아 큐잉하는 메인 이벤트 루프 스레드에서 오래 걸리는 작업이 일어나면 사용자가 빠른 피드백을 받지 못한다.
• 시간이 오래 걸릴 작업을 별도 스레드에서 실행했다면? UI 이벤트 스레드는 여유롭게 사용자 입력에 반응하고 UI가 더 빨리 반응할 수 있을 것이다.

스레드 사용의 위험성

안정성 위해 요소

• 경쟁 조건
• 스레드는 서로 같은 메모리 주소 공간을 공유하고 동시에 실행되므로 다른 스레드가 사용 중일지도 모르는 변수를 읽거나 수정할 수도 있다.
  • 다른 스레드 간 통신 박식보다 데이터 공유가 쉬워서 좋다.
  • 하지만, 여러 스레드가 같은 변수를 읽고 수정하면, 동작 과정을 추론하기 어려워질 수 있다.

활동성 위험

• 활동성(liveness): 원하는 일이 결국 일어난다.
• 활동성 장애 유형 (10장 주제)
  • 데드락 (deadlock)
  • 소모상태 (starvation)
  • 라이브락 (livelock)

성능 문제

• 형편없는 서비스 시간, 반응성, 처리율, 자원 소모, 규모에 따른 확장성 등 문제를 포괄
• 동기화 수단을 사용할 때 컴파일러 최적화를 방해, 메모리 캐시를 지우거나 무효화 하기도 한다.
• 손실을 분석할 수 있어야하고, 최소화하는 방법을 다룰 것

스레드는 어디에나

• 현실에서는 거의 모든 자바 프로그램이 멀티스레드로 동작