S12L13 - Java 멀티스레딩에서 대기 및 알림 계속

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자바 멀티스레딩에서 Wait와 Notify 마스터하기
목차

소개 ………………………………………………………… 1
자바 멀티스레딩 이해하기 ……… 3
동기화의 중요성 ………… 5
Wait 및 Notify 메서드 탐구 ………….. 7

Wait 메서드
Notify 및 NotifyAll 메서드


실용적 구현: 은행 계좌 시뮬레이션 ………… 11

프로젝트 개요
코드 분석
프로젝트 실행


일반적인 함정과 모범 사례 ………. 17
결론 ………………………………………………………….. 21


소개
자바 멀티스레딩에서 Wait와 Notify 마스터하기에 오신 것을 환영합니다. 이는 자바에서 동기화 메커니즘을 이해하고 효과적으로 구현하기 위한 종합적인 가이드입니다. 동시 프로그래밍 영역에서 여러 스레드가 상호 작용하는 방식을 관리하는 것은 견고하고 효율적인 애플리케이션을 구축하는 데 핵심적입니다. 이 전자책은 wait 및 notify 메서드의 복잡성을 파고들며, 명확한 설명, 실용적인 예제 및 모범 사례를 제공하여 멀티스레딩 기술을 향상시킵니다.
주요 하이라이트:

자바 멀티스레딩의 기초를 이해합니다.
동기화와 그 중요성을 파악합니다.
wait, notify, 및 notifyAll 메서드에 깊이 있게 탐구합니다.
실제적인 은행 계좌 시뮬레이션 프로젝트를 탐색합니다.
일반적인 동기화 함정을 피하는 방법을 배웁니다.


자바 멀티스레딩 이해하기
멀티스레딩이란?
멀티스레딩은 CPU의 최대 활용을 위해 두 개 이상의 스레드의 동시 실행을 허용하는 프로그래밍 개념입니다. 자바에서는 각 스레드가 스레드 스케줄러의 컨텍스트에서 실행되며, 스케줄러는 스레드의 실행을 관리합니다.
왜 멀티스레딩인가?

성능 향상: 여러 작업을 동시에 실행하여 애플리케이션의 반응성을 향상시킵니다.
자원 공유: 공통 데이터를 공유하여 시스템 자원의 효율적인 활용을 가능하게 합니다.
모델링 단순화: 여러 활동이 동시에 발생하는 현실 세계의 시나리오를 자연스럽게 표현할 수 있습니다.

자바의 Threads
자바는 Thread 클래스와 Runnable 인터페이스를 제공하여 스레드를 생성하고 관리합니다.




		
		
			
			
Java
			
			// Thread 클래스 확장
class MyThread extends Thread {
    public void run() {
        // 수행할 작업
    }
}

// Runnable 인터페이스 구현
class MyRunnable implements Runnable {
    public void run() {
        // 수행할 작업
    }
}
			
				
					
				
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						// Thread 클래스 확장
class MyThread extends Thread {
    public void run() {
        // 수행할 작업
    }
}
 
// Runnable 인터페이스 구현
class MyRunnable implements Runnable {
    public void run() {
        // 수행할 작업
    }
}
					
				
			
		



동기화의 중요성
동기화란?
동기화는 여러 스레드가 공유 자원에 접근하는 것을 제어하는 과정입니다. 적절한 동기화 없이는 스레드가 서로 간섭하여 데이터 상태가 일관되지 않거나 예상치 못한 동작이 발생할 수 있습니다.
왜 동기화해야 하는가?

데이터 무결성: 공유 데이터가 일관되게 유지되도록 보장합니다.
스레드 조정: 스레드 실행의 순서를 관리합니다.
교착 상태 방지: 스레드가 서로에게 무한정 기다리는 상황을 피합니다.

자바의 동기화 메커니즘

Synchronized Methods: 전체 메서드를 잠급니다.
Synchronized Blocks: 특정 코드 블록을 잠급니다.
Wait and Notify Methods: 스레드 간의 통신을 촉진합니다.


Wait 및 Notify 메서드 탐구
Wait 메서드
wait() 메서드는 현재 스레드를 기다리게 하며, 동일한 객체에 대해 다른 스레드가 notify() 또는 notifyAll() 메서드를 호출할 때까지 대기합니다. 이는 효과적으로 잠금을 해제하고 대기 상태로 들어갑니다.
사용법:




		
		
			
			
Java
			
			synchronized (object) {
    while (condition) {
        object.wait();
    }
    // 알림을 받으면 진행
}
			
				
					
				
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						synchronized (object) {
    while (condition) {
        object.wait();
    }
    // 알림을 받으면 진행
}
					
				
			
		


오버로드된 버전:

wait(long millis): 지정된 밀리초 동안 기다립니다.
wait(long millis, int nanos): 지정된 밀리초 및 나노초 동안 기다립니다.

Notify 및 NotifyAll 메서드

Notify (notify()): 객체의 모니터를 기다리고 있는 단일 스레드를 깨웁니다.
Notify All (notifyAll()): 객체의 모니터를 기다리고 있는 모든 스레드를 깨웁니다.

사용법:




		
		
			
			
Java
			
			synchronized (object) {
    // 조건/상태 수정
    object.notify(); // 또는 object.notifyAll();
}
			
				
					
				
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						synchronized (object) {
    // 조건/상태 수정
    object.notify(); // 또는 object.notifyAll();
}
					
				
			
		


Wait와 Notify의 주요 차이점


특징
wait()
notify()


목적
현재 스레드를 기다리게 합니다
대기 중인 스레드를 깨웁니다


잠금 해제
예
동기화 블록 필요


알림을 받는 스레드 수
없음 (그냥 기다립니다)
단일 스레드



실용적 구현: 은행 계좌 시뮬레이션
프로젝트 개요
wait 및 notify의 실용적 적용을 설명하기 위해, 여러 스레드가 동시에 출금 및 입금 작업을 수행하는 간단한 은행 계좌 시스템을 시뮬레이션할 것입니다. 이 예제는 데이터 무결성을 유지하기 위한 스레드 동기화 관리 방법을 강조합니다.
프로젝트 구조:




		
		
			
			
Java
			
			BankAccountSimulation.zip
├── pom.xml
├── src
│   ├── main
│   │   └── java
│   │       └── org/studyeasy
│   │           └── Main.java
│   └── test
│       └── java
│           └── org/studyeasy
│               └── MainTest.java
			
				
					
				
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						BankAccountSimulation.zip
├── pom.xml
├── src
│   ├── main
│   │   └── java
│   │       └── org/studyeasy
│   │           └── Main.java
│   └── test
│       └── java
│           └── org/studyeasy
│               └── MainTest.java
					
				
			
		


코드 분석
Main.java




		
		
			
			
Java
			
			package org.studyeasy;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        BankAccount account = new BankAccount();
        
        Thread withdrawalThread = new Thread(new Withdrawal(account, 1000));
        Thread depositThread = new Thread(new Deposit(account, 2000));
        
        withdrawalThread.start();
        depositThread.start();
    }
}

class BankAccount {
    private int balance = 1000;

    // Synchronized withdrawal method
    public synchronized void withdraw(int amount) {
        System.out.println("Attempting to withdraw $" + amount);
        if (balance &lt; amount) {
            System.out.println("Insufficient funds. Waiting for deposit...");
            try {
                wait(3000); // Wait for deposit
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        balance -= amount;
        System.out.println("Withdrawal of $" + amount + " completed. Current Balance: $" + balance);
    }

    // Synchronized deposit method
    public synchronized void deposit(int amount) {
        System.out.println("Depositing $" + amount);
        balance += amount;
        System.out.println("Deposit of $" + amount + " completed. Current Balance: $" + balance);
        notify(); // Notify waiting threads
    }
}

class Withdrawal implements Runnable {
    private BankAccount account;
    private int amount;

    public Withdrawal(BankAccount account, int amount) {
        this.account = account;
        this.amount = amount;
    }

    public void run() {
        account.withdraw(amount);
    }
}

class Deposit implements Runnable {
    private BankAccount account;
    private int amount;

    public Deposit(BankAccount account, int amount) {
        this.account = account;
        this.amount = amount;
    }

    public void run() {
        try {
            Thread.sleep(2000); // Mimic processing time
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        account.deposit(amount);
    }
}
			
				
					
				
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						package org.studyeasy;
 
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        BankAccount account = new BankAccount();
        
        Thread withdrawalThread = new Thread(new Withdrawal(account, 1000));
        Thread depositThread = new Thread(new Deposit(account, 2000));
        
        withdrawalThread.start();
        depositThread.start();
    }
}
 
class BankAccount {
    private int balance = 1000;
 
    // Synchronized withdrawal method
    public synchronized void withdraw(int amount) {
        System.out.println("Attempting to withdraw $" + amount);
        if (balance &lt; amount) {
            System.out.println("Insufficient funds. Waiting for deposit...");
            try {
                wait(3000); // Wait for deposit
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }
        balance -= amount;
        System.out.println("Withdrawal of $" + amount + " completed. Current Balance: $" + balance);
    }
 
    // Synchronized deposit method
    public synchronized void deposit(int amount) {
        System.out.println("Depositing $" + amount);
        balance += amount;
        System.out.println("Deposit of $" + amount + " completed. Current Balance: $" + balance);
        notify(); // Notify waiting threads
    }
}
 
class Withdrawal implements Runnable {
    private BankAccount account;
    private int amount;
 
    public Withdrawal(BankAccount account, int amount) {
        this.account = account;
        this.amount = amount;
    }
 
    public void run() {
        account.withdraw(amount);
    }
}
 
class Deposit implements Runnable {
    private BankAccount account;
    private int amount;
 
    public Deposit(BankAccount account, int amount) {
        this.account = account;
        this.amount = amount;
    }
 
    public void run() {
        try {
            Thread.sleep(2000); // Mimic processing time
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }
        account.deposit(amount);
    }
}
					
				
			
		


코드 설명

BankAccount 클래스:

잔액: 계좌의 현재 잔액을 나타냅니다.
withdraw 메서드:

동기화되어 동시 접근을 방지합니다.
잔액이 충분한지 확인합니다. 부족하면 입금을 기다립니다.
wait(3000)을 사용하여 3초 동안 기다립니다.


deposit 메서드:

동기화되어 스레드 안전성을 보장합니다.
입금 금액을 잔액에 추가합니다.
notify()을 호출하여 대기 중인 출금 스레드를 깨웁니다.




Withdrawal 클래스:

Runnable을 구현하여 별도의 스레드에서 출금을 수행합니다.
BankAccount의 withdraw 메서드를 호출합니다.


Deposit 클래스:

Runnable을 구현하여 별도의 스레드에서 입금을 수행합니다.
deposit 메서드를 호출하기 전에 2초 동안 대기하여 처리 시간을 모방합니다.


Main 클래스:

Withdrawal과 Deposit의 인스턴스를 생성합니다.
두 스레드를 시작하여 동시 작업을 시작합니다.



프로젝트 실행
Main 클래스를 실행하면 다음과 같은 순서의 이벤트가 발생합니다:

Withdrawal 스레드:

$1000 출금을 시도합니다.
잔액이 부족하면 입금을 기다립니다.


Deposit 스레드:

처리 지연을 시뮬레이션하기 위해 2초 동안 대기합니다.
$2000를 입금합니다.
대기 중인 출금 스레드를 알립니다.


최종 출력:

입금 후 출금이 완료되어 잔액이 업데이트됩니다.



예상 출력:




		
		
			
			
Java
			
			Attempting to withdraw $1000
Withdrawal of $1000 completed. Current Balance: $0
Depositing $2000
Deposit of $2000 completed. Current Balance: $2000
			
				
					
				
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						Attempting to withdraw $1000
Withdrawal of $1000 completed. Current Balance: $0
Depositing $2000
Deposit of $2000 completed. Current Balance: $2000
					
				
			
		



일반적인 함정과 모범 사례
일반적인 함정

동기화 블록을 사용하지 않음:

공유 자원에 대한 접근을 동기화하지 않으면 경쟁 조건과 일관되지 않은 상태가 발생할 수 있습니다.


Wait와 Notify의 잘못된 사용:

wait 또는 notify를 동기화된 컨텍스트 내에서 호출하지 않으면 IllegalMonitorStateException이 발생합니다.


교착 상태:

두 개 이상의 스레드가 서로의 잠금을 해제하기를 무한정 기다릴 때 발생합니다.


notify 대신 notifyAll을 사용하는 경우:

여러 스레드가 대기할 수 있는 시나리오에서 notify를 사용하면 일부 스레드가 블록된 상태로 남을 수 있습니다.



모범 사례

공유 자원을 항상 동기화:

공유 데이터에 대한 접근을 제어하기 위해 동기화된 메서드 또는 블록을 사용합니다.


여러 스레드가 대기 중일 때 notifyAll 사용:

모든 대기 중인 스레드가 알림을 받도록 하여 무한정 블록되는 것을 방지합니다.


동기화 블록의 범위를 최소화:

성능 향상을 위해 동기화를 필요한 최소한의 코드 세그먼트로 제한합니다.


InterruptedException을 적절하게 처리:

스레드의 응답성을 유지하기 위해 항상 InterruptedException을 잡아 처리합니다.


임의의 타임아웃과 함께 wait 사용을 피함:

더 신뢰할 수 있는 스레드 조정을 위해 고정된 시간 제한보다 조건 기반의 대기를 선호합니다.




결론
wait 및 notify 메서드를 마스터하는 것은 자바에서 신뢰할 수 있고 효율적인 멀티스레드 애플리케이션을 구축하는 데 필수적입니다. 동기화 메커니즘을 이해하고 모범 사례를 구현함으로써 스레드 상호 작용을 효과적으로 관리하여 데이터 무결성과 최적의 성능을 보장할 수 있습니다.
핵심 요점:

동기화: 공유 자원에 대한 접근을 관리하는 데 중요합니다.
Wait와 Notify: 스레드 간의 통신을 촉진하여 조정된 실행을 가능하게 합니다.
모범 사례: 동기화 프로토콜을 준수하면 교착 상태 및 경쟁 조건과 같은 일반적인 스레딩 문제를 방지할 수 있습니다.

이러한 개념을 수용하여 자바의 멀티스레딩 기능을 최대한 활용하고, 고성능 및 확장 가능한 애플리케이션을 만드는 길을 열어보세요.
이 기사는 AI에 의해 생성되었습니다.
특징	wait()	notify()
목적	현재 스레드를 기다리게 합니다	대기 중인 스레드를 깨웁니다
잠금 해제	예	동기화 블록 필요
알림을 받는 스레드 수	없음 (그냥 기다립니다)	단일 스레드