S12L12 - 자바 멀티스레딩에서 대기 및 알림

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Java Multithreading에서 Wait와 Notify 마스터하기: 초보자를 위한 종합 가이드
목차

소개
Java에서 Wait와 Notify 이해하기
프로젝트 설정
Wait와 Notify 메커니즘 구현
애플리케이션 실행
일반적인 이슈 및 문제 해결
결론

소개
Java 프로그래밍 영역에서, 멀티스레딩은 개발자들이 여러 작업을 동시에 수행할 수 있게 해주는 강력한 기능으로, 애플리케이션의 효율성과 성능을 향상시킵니다. Java의 다양한 동기화 메커니즘 중, wait와 notify는 스레드 간 통신을 관리하고 스레드 안전한 작업을 보장하는 데 중요한 역할을 합니다.
이 가이드는 Java 멀티스레딩 내에서 wait와 notify의 개념을 탐구하며, 간단한 은행 시나리오를 통해 단계별로 시연합니다. 초보자이든 기초 지식을 가진 개발자이든, 이 종합적인 기사는 스레드 동기화를 효과적으로 구현하는 데 필요한 통찰력을 제공합니다.
Wait와 Notify 이해의 중요성

스레드 조정: 스레드가 충돌 없이 효율적으로 통신하도록 보장합니다.
자원 관리: 스레드가 공유 자원에 동시에 접근하는 것을 방지하여 불일치를 피합니다.
성능 최적화: 스레드 실행을 효과적으로 관리하여 애플리케이션 성능을 향상시킵니다.

장단점


장점
단점


효율적인 스레드 통신
적절히 관리되지 않으면 복잡한 코드로 이어질 수 있음


자원 경쟁 방지
올바르게 구현되지 않으면 데드락의 가능성


애플리케이션 성능 향상
스레드 동기화에 대한 확실한 이해 필요


Wait와 Notify를 사용해야 할 때와 장소

언제: 스레드가 자원의 가용성 또는 작업 완료에 대해 통신해야 할 때 wait와 notify를 사용하세요.
어디서: 생산자-소비자 문제, 은행 거래, 그리고 조율된 스레드 실행이 필요한 모든 상황에서 일반적으로 사용됩니다.

Java에서 Wait와 Notify 이해하기
핵심 개념 및 용어

Thread: Java Virtual Machine(JVM)이 관리할 수 있는 가장 작은 처리 단위입니다.
Synchronization: 여러 스레드가 공유 자원에 접근하는 것을 제어하는 메커니즘입니다.
wait(): 현재 스레드를 notify() 또는 notifyAll()이 동일한 객체에서 호출될 때까지 기다리게 합니다.
notify(): 객체의 모니터에서 기다리고 있는 단일 스레드를 깨웁니다.

Wait와 Notify의 작동 방식

wait():

스레드가 wait()를 호출하면, 모니터(락)를 해제하고 대기 상태로 들어갑니다.
다른 스레드가 동일한 객체에서 notify() 또는 notifyAll()를 호출할 때까지 이 상태에 머뭅니다.


notify():

스레드가 notify()를 호출하면, 객체의 모니터에서 대기 중인 단일 스레드를 깨웁니다.
깨운 스레드는 현재 스레드가 모니터를 해제할 때까지 진행할 수 없습니다.



설명 다이어그램

그림 1: 스레드 동기화에서 Wait와 Notify 메커니즘 간의 상호작용.
프로젝트 설정
wait와 notify 메커니즘을 시연하기 위해, 한 스레드가 출금을 허용하기 전에 입금을 기다리는 간단한 은행 시나리오를 시뮬레이션하는 Java 애플리케이션을 생성할 것입니다.
프로젝트 구조




		
		
			
			
Java
			
			S12L12 - Wait and Notify in Java Multithreading/
├── pom.xml
├── src/
│   ├── main/
│   │   └── java/
│   │       └── org/studyeasy/
│   │           └── Main.java
│   └── test/
│       └── java/
└── target/
			
				
					
				
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						S12L12 - Wait and Notify in Java Multithreading/
├── pom.xml
├── src/
│   ├── main/
│   │   └── java/
│   │       └── org/studyeasy/
│   │           └── Main.java
│   └── test/
│       └── java/
└── target/
					
				
			
		


필수 조건

Java Development Kit (JDK) 설치.
Maven을 통한 프로젝트 관리.
IntelliJ IDEA 또는 Eclipse와 같은 통합 개발 환경(IDE).

Wait와 Notify 메커니즘 구현
이제 은행 시나리오 내에서 wait와 notify 메서드를 구현하여 애플리케이션의 핵심을 살펴보겠습니다.
단계별 구현
1. 메인 클래스 생성




		
		
			
			
Java
			
			
package org.studyeasy;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Account account = new Account();
        Thread threadOne = new Thread(new WithdrawTask(account), "Thread-Withdraw");
        Thread threadTwo = new Thread(new DepositTask(account), "Thread-Deposit");
        
        threadOne.start();
        threadTwo.start();
    }
}

			
				
					
				
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package org.studyeasy;
 
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Account account = new Account();
        Thread threadOne = new Thread(new WithdrawTask(account), "Thread-Withdraw");
        Thread threadTwo = new Thread(new DepositTask(account), "Thread-Deposit");
        
        threadOne.start();
        threadTwo.start();
    }
}
 
					
				
			
		


설명:

Account: 잔액 관리를 위한 은행 계좌를 나타냅니다.
WithdrawTask & DepositTask: 출금 및 입금 작업을 위한 Runnable 작업입니다.
Threads: 출금과 입금을 동시에 처리하기 위해 두 개의 스레드가 생성됩니다.

2. Account 클래스 정의




		
		
			
			
Java
			
			
package org.studyeasy;

public class Account {
    public static int balance = 0;

    public synchronized void withdraw(int amount) {
        while (balance <= 0) {
            try {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": Waiting for deposit...");
                wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                Thread.currentThread().interrupt();
                System.out.println("Thread interrupted.");
            }
        }
        balance -= amount;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": Withdrawal successful. Current Balance: " + balance);
    }

    public synchronized void deposit(int amount) {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": Depositing amount...");
        balance += amount;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": Deposit successful. Current Balance: " + balance);
        notify();
    }
}

			
				
					
				
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package org.studyeasy;
 
public class Account {
    public static int balance = 0;
 
    public synchronized void withdraw(int amount) {
        while (balance <= 0) {
            try {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": Waiting for deposit...");
                wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                Thread.currentThread().interrupt();
                System.out.println("Thread interrupted.");
            }
        }
        balance -= amount;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": Withdrawal successful. Current Balance: " + balance);
    }
 
    public synchronized void deposit(int amount) {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": Depositing amount...");
        balance += amount;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": Deposit successful. Current Balance: " + balance);
        notify();
    }
}
 
					
				
			
		


설명:

balance: 사용자의 계좌 잔액을 나타내는 공유 자원입니다.
withdraw(int amount):

잔액이 충분한지 확인합니다.
충분하지 않으면 스레드는 입금을 기다립니다.
알림을 받으면 출금을 진행합니다.


deposit(int amount):

입금액을 잔액에 추가합니다.
잔액 업데이트에 대해 대기 중인 스레드에 알립니다.



3. Runnable 작업 생성




		
		
			
			
Java
			
			
package org.studyeasy;

public class WithdrawTask implements Runnable {
    private final Account account;

    public WithdrawTask(Account account) {
        this.account = account;
    }

    @Override
    public void run() {
        account.withdraw(1000);
    }
}

public class DepositTask implements Runnable {
    private final Account account;

    public DepositTask(Account account) {
        this.account = account;
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            // 입금 지연 시뮬레이션
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
            Thread.currentThread().interrupt();
        }
        account.deposit(2000);
    }
}

			
				
					
				
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package org.studyeasy;
 
public class WithdrawTask implements Runnable {
    private final Account account;
 
    public WithdrawTask(Account account) {
        this.account = account;
    }
 
    @Override
    public void run() {
        account.withdraw(1000);
    }
}
 
public class DepositTask implements Runnable {
    private final Account account;
 
    public DepositTask(Account account) {
        this.account = account;
    }
 
    @Override
    public void run() {
        try {
            // 입금 지연 시뮬레이션
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
            Thread.currentThread().interrupt();
        }
        account.deposit(2000);
    }
}
 
					
				
			
		


설명:

WithdrawTask: 지정된 금액을 출금하려고 시도합니다.
DepositTask:

실제 입금 시나리오를 시뮬레이션하기 위해 지연을 도입합니다.
지연 후 입금 작업을 수행합니다.



전체 프로그램 코드




		
		
			
			
Java
			
			
package org.studyeasy;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Account account = new Account();
        Thread threadOne = new Thread(new WithdrawTask(account), "Thread-Withdraw");
        Thread threadTwo = new Thread(new DepositTask(account), "Thread-Deposit");
        
        threadOne.start();
        threadTwo.start();
    }
}

class Account {
    public static int balance = 0;

    public synchronized void withdraw(int amount) {
        while (balance <= 0) {
            try {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": Waiting for deposit...");
                wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                Thread.currentThread().interrupt();
                System.out.println("Thread interrupted.");
            }
        }
        balance -= amount;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": Withdrawal successful. Current Balance: " + balance);
    }

    public synchronized void deposit(int amount) {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": Depositing amount...");
        balance += amount;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": Deposit successful. Current Balance: " + balance);
        notify();
    }
}

class WithdrawTask implements Runnable {
    private final Account account;

    public WithdrawTask(Account account) {
        this.account = account;
    }

    @Override
    public void run() {
        account.withdraw(1000);
    }
}

class DepositTask implements Runnable {
    private final Account account;

    public DepositTask(Account account) {
        this.account = account;
    }

    @Override
    public void run() {
        try {
            // 입금 지연 시뮬레이션
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
            Thread.currentThread().interrupt();
        }
        account.deposit(2000);
    }
}

			
				
					
				
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package org.studyeasy;
 
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Account account = new Account();
        Thread threadOne = new Thread(new WithdrawTask(account), "Thread-Withdraw");
        Thread threadTwo = new Thread(new DepositTask(account), "Thread-Deposit");
        
        threadOne.start();
        threadTwo.start();
    }
}
 
class Account {
    public static int balance = 0;
 
    public synchronized void withdraw(int amount) {
        while (balance <= 0) {
            try {
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": Waiting for deposit...");
                wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                Thread.currentThread().interrupt();
                System.out.println("Thread interrupted.");
            }
        }
        balance -= amount;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": Withdrawal successful. Current Balance: " + balance);
    }
 
    public synchronized void deposit(int amount) {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": Depositing amount...");
        balance += amount;
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": Deposit successful. Current Balance: " + balance);
        notify();
    }
}
 
class WithdrawTask implements Runnable {
    private final Account account;
 
    public WithdrawTask(Account account) {
        this.account = account;
    }
 
    @Override
    public void run() {
        account.withdraw(1000);
    }
}
 
class DepositTask implements Runnable {
    private final Account account;
 
    public DepositTask(Account account) {
        this.account = account;
    }
 
    @Override
    public void run() {
        try {
            // 입금 지연 시뮬레이션
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
            Thread.currentThread().interrupt();
        }
        account.deposit(2000);
    }
}
 
					
				
			
		


애플리케이션 실행
예상 출력




		
		
			
			
Java
			
			Thread-Withdraw: Waiting for deposit...
Thread-Deposit: Depositing amount...
Thread-Deposit: Deposit successful. Current Balance: 2000
Thread-Withdraw: Withdrawal successful. Current Balance: 1000
			
				
					
				
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						Thread-Withdraw: Waiting for deposit...
Thread-Deposit: Depositing amount...
Thread-Deposit: Deposit successful. Current Balance: 2000
Thread-Withdraw: Withdrawal successful. Current Balance: 1000
					
				
			
		


출력 설명

Thread-Withdraw가 시작되어 $1000을 출금하려고 시도합니다.
초기 잔액이 $0이므로 입금을 기다립니다.
Thread-Deposit가 시작되어 2초 지연을 시뮬레이션한 후 $2000을 입금합니다.
입금 후, 대기 중인 스레드를 알립니다.
Thread-Withdraw가 다시 깨어나 $1000을 성공적으로 출금하고 잔액을 $1000으로 업데이트합니다.

단계별 실행

Main Thread:

Account 객체를 생성합니다.
출금과 입금을 위한 두 개의 스레드를 초기화합니다.
두 스레드를 모두 시작합니다.


Thread-Withdraw:

withdraw(1000)을 호출합니다.
잔액이 ≤ 0인지 확인합니다; 그렇기 때문에 대기 메시지를 출력하고 wait()을 호출합니다.
대기 상태에 들어갑니다.


Thread-Deposit:

지연을 시뮬레이션하기 위해 2초 동안 잠자기합니다.
deposit(2000)을 호출합니다.
잔액을 2000으로 업데이트합니다.
입금 성공 메시지를 출력합니다.
notify()를 호출하여 대기 중인 출금 스레드를 깨웁니다.


Thread-Withdraw:

wait()에서 깨어납니다.
$1000을 출금합니다.
잔액을 $1000으로 업데이트합니다.
출금 성공 메시지를 출력합니다.



일반적인 이슈 및 문제 해결
1. 데드락
문제: wait와 notify를 부적절하게 사용하여 스레드가 무한정 대기함.
해결책:

모든 wait() 호출에 대해 해당하는 notify() 또는 notifyAll()이 있는지 확인하세요.
순환 대기를 초래할 수 있는 중첩된 동기화 블록을 피하세요.

2. 알림 누락
문제: 스레드가 notify() 호출을 놓쳐 무기한 대기하게 됨.
해결책:

조건을 확인하는 루프 내에서 항상 wait()을 수행하세요.
이렇게 하면 스레드가 깨어날 때 조건을 다시 확인할 수 있습니다.

3. InterruptedException
문제: 스레드가 대기 중일 때 InterruptedException을 던질 수 있음.
해결책:

예외를 캐치하여 중단을 우아하게 처리하세요.
선택적으로, Thread.currentThread().interrupt()를 사용하여 스레드를 다시 중단하세요.

4. 부적절한 동기화
문제: 공유 자원을 동기화하지 않으면 일관성 없는 상태로 이어질 수 있음.
해결책:

공유 자원에 접근할 때는 동기화된 메서드나 블록을 사용하여 접근을 제어하세요.
wait()과 notify()는 모두 동기화된 컨텍스트 내에서 호출되어야 합니다.

결론
Java 멀티스레딩에서 wait와 notify 메커니즘을 마스터하는 것은 강력하고 효율적인 애플리케이션을 개발하는 데 필수적입니다. 스레드 간 통신과 동기화를 이해함으로써 개발자들은 애플리케이션이 동시 작업을 원활하게 처리하도록 보장할 수 있습니다.
이 가이드에서는 wait와 notify의 구현을 시연하기 위해 실용적인 은행 시나리오를 탐구했습니다. 프로젝트 설정, 동기화된 메서드 작성, 스레드 통신 처리 및 일반적인 문제 해결을 다루었습니다. 이러한 기본 개념을 통해 Java에서 더 복잡한 멀티스레딩 과제를 해결할 준비가 되었습니다.
참고: 이 기사는 AI에 의해 생성되었습니다.
장점	단점
효율적인 스레드 통신	적절히 관리되지 않으면 복잡한 코드로 이어질 수 있음
자원 경쟁 방지	올바르게 구현되지 않으면 데드락의 가능성
애플리케이션 성능 향상	스레드 동기화에 대한 확실한 이해 필요