[Java] 멀티스레드, 스레드풀이란? 사용예시, 장단점, 차이점

 

멀티스레드(Multi-threading) 란?

멀티스레드는 하나의 프로세스 내에서 여러 개의 스레드가 동시에 실행되는 것을 말합니다. 각 스레드는 독립적으로 실행될 수 있는 최소 단위의 프로세스 실행 단위입니다. 멀티스레드를 사용하면 여러 작업을 동시에 처리하거나 동시성을 활용하여 프로그램의 성능을 향상시킬 수 있습니다.

예시 1: 웹 서버에서의 요청 처리

가정: 웹 서버가 동시에 여러 클라이언트 요청을 처리해야 하는 상황입니다.

멀티스레드 사용 예시

멀티스레드를 사용하여 각 클라이언트 요청마다 새로운 스레드를 생성하여 처리합니다.

public class WebServer {
    public static void main(String[] args) {
        // 각 요청마다 새로운 스레드 생성
        ServerSocket serverSocket = new ServerSocket(8080);
        while (true) {
            Socket clientSocket = serverSocket.accept();
            Thread thread = new Thread(() -> {
                // 클라이언트 요청 처리
                handleRequest(clientSocket);
            });
            thread.start();
        }
    }

    private static void handleRequest(Socket clientSocket) {
        // 요청 처리 코드
    }
}

 

장점: 각 요청이 독립적으로 처리되기 때문에, 요청이 많이 들어왔을 때 빠르게 응답할 수 있습니다.

단점: 스레드 생성과 관리에 따른 오버헤드가 있고, 스레드 개수가 많아질수록 메모리 사용량과 CPU 자원 소모가 증가할 수 있습니다. 또한, 스레드 풀보다 예기치 못한 과도한 요청 처리에 취약할 수 있습니다.

멀티스레드 사용 상황

1. 단일 작업 단위의 병렬 처리: 여러 작업을 동시에 실행해야 하며, 각 작업이 서로 독립적일 때 유용합니다.
   • 예를 들어, 여러 파일을 동시에 압축하는 프로그램에서 각 파일을 병렬로 처리할 때 사용할 수 있습니다.
2. 사용자 인터페이스(UI) 응답성 향상: 긴 처리 시간이 필요한 작업을 별도의 스레드에서 실행하여 UI 스레드가 블로킹되지 않도록 합니다.
   • 예를 들어, 파일을 다운로드하거나 데이터베이스에서 대량의 데이터를 조회하는 작업을 별도 스레드에서 수행하여 UI가 반응성을 유지할 수 있도록 합니다.
3. 이벤트 기반 처리: 이벤트가 발생할 때마다 별도의 스레드에서 이벤트 처리를 수행하여 시스템의 동작을 유연하게 관리합니다.
   • 예를 들어, 네트워크 서버에서 클라이언트 요청을 동시에 처리할 때 각 클라이언트 요청을 별도 스레드에서 처리합니다.

 

---

 

스레드풀(Thread Pool) 이란?

스레드풀은 스레드를 관리하는 데 사용되는 자바의 기능입니다. 스레드풀은 미리 정해진 개수의 스레드를 가지고 있으며, 작업을 스레드에 할당하고 관리하는 역할을 합니다. 이를 통해 스레드 생성 및 삭제에 따른 오버헤드를 줄이고, 여러 작업을 효율적으로 처리할 수 있습니다.

스레드풀 사용 예시

스레드풀을 사용하여 고정된 개수의 스레드에서 클라이언트 요청을 처리합니다.

import java.util.concurrent.ExecutorService;
import java.util.concurrent.Executors;

public class WebServerWithThreadPool {
    private static final int THREAD_POOL_SIZE = 10;
    private static ExecutorService threadPool = Executors.newFixedThreadPool(THREAD_POOL_SIZE);

    public static void main(String[] args) {
        ServerSocket serverSocket;
        try {
            serverSocket = new ServerSocket(8080);
            while (true) {
                Socket clientSocket = serverSocket.accept();
                threadPool.submit(() -> {
                    // 클라이언트 요청 처리
                    handleRequest(clientSocket);
                });
            }
        } catch (IOException e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }

    private static void handleRequest(Socket clientSocket) {
        // 요청 처리 코드
    }
}

 

장점: 미리 정해진 개수의 스레드풀에서 요청을 처리하므로, 스레드 생성 및 삭제에 따른 오버헤드를 줄이고 자원을 효율적으로 관리할 수 있습니다. 따라서 시스템의 안정성과 성능 예측이 가능해집니다.

단점: 고정된 스레드 개수만큼의 동시 요청 처리만 가능하며, 스레드풀 크기를 적절하게 설정해야 합니다. 만약 스레드풀 크기를 너무 작게 설정하면 동시에 처리할 수 있는 요청 수가 제한될 수 있습니다.

 

스레드풀 사용 상황

1. 작업 큐 관리: 많은 수의 작업을 처리해야 하지만 스레드 생성 및 삭제에 따른 오버헤드를 줄이고 싶을 때 사용합니다.
   • 예를 들어, 웹 서버에서 클라이언트 요청을 스레드풀에서 관리하여 동시에 처리 가능한 요청 수를 제어합니다.
2. 리소스 관리: 시스템 자원(메모리, CPU 등)을 효율적으로 사용하기 위해 고정된 개수의 스레드를 사용하여 작업을 처리합니다.
   • 예를 들어, 데이터베이스 연결 풀을 관리하는 데 스레드풀을 사용하여 여러 클라이언트가 동시에 데이터베이스에 접근할 수 있도록 합니다.
3. 작업 스케줄링: 일정한 크기의 스레드풀을 사용하여 다양한 종류의 작업을 효율적으로 스케줄링하고 관리할 수 있습니다.
   • 예를 들어, 백그라운드 작업, 주기적인 작업, 혹은 CPU 집약적인 작업을 스레드풀에서 관리하여 시스템 리소스를 효율적으로 활용합니다.

 

---

 

멀티스레드와 스레드풀의 차이점

• 멀티스레드: 프로세스 내에서 여러 개의 스레드를 생성하여 병렬로 실행할 수 있습니다. 스레드의 생성과 관리를 직접 수행해야 합니다.
• 스레드풀: 미리 정해진 개수의 스레드를 가지고 있는 스레드 풀에서 작업을 스케줄링하고 관리합니다. 스레드 생성 및 삭제에 따른 오버헤드를 줄이고, 여러 작업을 효율적으로 처리할 수 있습니다.
  
  

장점

• 성능 향상: 여러 작업을 병렬로 처리하여 시스템 자원을 효율적으로 사용할 수 있습니다.
• 응답성 향상: 멀티스레드로 인해 동시에 여러 작업을 처리할 수 있어 사용자 응답성을 향상시킬 수 있습니다.
• 자원 관리 용이성: 스레드풀을 사용하면 스레드 생성 및 삭제에 따른 오버헤드를 줄일 수 있으며, 자원을 효율적으로 관리할 수 있습니다.
  
  

단점

• 복잡성: 멀티스레드 프로그래밍은 동기화와 관련된 복잡성이 있을 수 있습니다. 스레드풀도 작업의 성격에 따라 적절한 크기를 설정해야 하는 등의 복잡성이 있을 수 있습니다.
• 경합 상태(Race Condition): 멀티스레드 환경에서는 여러 스레드가 동시에 공유 자원에 접근할 때 경합 상태가 발생할 수 있습니다. 이를 해결하기 위해 동기화 기법을 사용해야 합니다.
  
  

결론

• 멀티스레드는 각 요청마다 새로운 스레드를 생성하여 독립적으로 처리할 때 유용하며, 각 스레드의 독립성과 빠른 응답이 필요할 때 적합합니다. 하지만 스레드 생성 및 관리에 따른 오버헤드가 있을 수 있습니다.
  
  
• 스레드풀은 고정된 개수의 스레드를 관리하여 자원을 효율적으로 사용하고, 예상 가능한 성능을 유지할 수 있습니다. 많은 수의 클라이언트 요청을 효율적으로 처리하고자 할 때 적합합니다.

따라서 상황에 따라 적절히 멀티스레드 또는 스레드풀을 선택하여 프로그램의 성능을 최적화하고 자원을 효율적으로 관리하는 것이 중요합니다.