멀티 쓰레드(Thread)의 장점과 문제점

이번 포스팅에서는 멀티 쓰레드에 대하여 알아보고 멀티 쓰레드의 장점과 문제점에 대하여 좀더 구체적으로 살펴보겠다.

쓰레드(Thread)의 개념 

쓰레드는 프로세스를 여러 개로 나눈 조각과 갖다고 설명할 수 있다. 워드를 사용하는 경우를 예로 들자. 워드에서 글자를 입력하는 동안 파일을 주기적으로 자동저장하고, 내용을 프린터에 출력하고 있고, 입력하는 동안 자동으로 맞춤법 검사를 수행한다. 사용자의 입력을 받는 동안 행하는 이 모든 작업들은 각각의 쓰레드에 의해서 이루어진다. 글자를 입력 받는 쓰레드, 파일을 디스크에 저장하는 쓰레드, 출력할 내용을 프린터에 보내는 쓰레드, 입력하는 동안 맞춤법 검사를 수행하는 쓰레드 등이 있다. 즉, 워드라는 큰 프로세스 하나에 여러 개의 쓰레드가 모여있는 것이다. 

 

실제로 프로세스는 하나의 어드레스 공간을 갖고 있고, 모든 응용 프로그램은 메인 응응 프로그램을 위한 하나의 쓰레드를 갖는다. 물론 여기에 다른 쓰레드들이 함께 수행될 수 있고, 각각의 쓰레드들은 자신을 관리하는 프로세스의 어드레스를 갖고 있다. 즉, 프로세스는 쓰레드에 대한 일종의 컨테이너역할을 한다. 

멀티 쓰레드(Thread)란

하나의 프로세스를 다수의 실행 단위로 구분하여 자원을 공유하고 자원의 생성과 관리의 중복성을 최소화하여
수행 능력을 향상시키는 것을 멀티쓰레딩이라고 한다. 하나의 프로그램에 동시에 여러개의 일을 수행할수 있도록 해주는 것이다.

멀티 쓰레드를 사용하는 이유

프로세스를 이용하여 동시에 처리하던 일을 쓰레드로 구현할 경우 메모리 공간과 시스템 자원 소모가 줄어들게 된다.쓰레드 간의 통신이 필요한 경우에도 별도의 자원을 이용하는 것이 아니라 전역 변수의 공간 또는 동적으로 할당된 공간인 힙(Heap) 영역을 이용하여 데이터를 주고받을 수 있다.

 

그렇기 때문에 프로세스 간 통신 방법에 비해 쓰레드 간의 통신 방법이 훨씬 간단하다.심지어 쓰레드의 문맥 교환은 프로세스 문맥 교환과는 달리 캐시 메모리를 비울 필요가 없기 때문에 더 빠르다.따라서 시스템의 처리량이 향상되고 자원 소모가 줄어들어 자연스럽게 프로그램의 응답 시간이 단축된다.

 

이러한 장점 때문에 여러 프로세스로 할 수 있는 작업들을 하나의 프로세스에서 여러 쓰레드로 나눠 수행하는 것이다.

멀티 쓰레딩의 장점

프로세스 생성은 많은 시간과 자원을 소비한다. 이러한 단점을 최소화 시킨 일종의 경량화된 프로세스 = 쓰레드를 만들게 된 것이다.멀티 쓰레드에서 쓰레드간 스택 영역만 비공유하고 데이터 영역과 힙 영역을 공유한다.

 

쓰레드의 생성 및 컨텍스트 스위칭은 프로세스의 생성 및 컨텍스트 스위칭보다 빠르다.멀티 쓰레드 컨텍스트 스위칭 시 데이터 영역과 힙을 뮤올리고 내릴 필요가 없다. 데이터 영역과 힙 영역을 통해 데이터 교환이 가능하다. 쓰레드 사이에서의 데이터 교환에서는 특별한 기법이 필요없다.

멀티 쓰레딩의 문제점

멀티 프로세스 기반으로 프로그래밍할 때는 프로세스 간 공유하는 자원이 없기 때문에 동일한 자원에 동시에 접근하는 일이 없었지만  멀티 쓰레딩을 기반으로 프로그래밍할 때는 이 부분을 신경써줘야 한다. 서로 다른 쓰레드가 데이터와 힙 영역을 공유하기 때문에 어떤 쓰레드가 다른 쓰레드에서 사용중인 변수나 자료 구조에 접근하여 엉뚱한 값을 읽어오거나 수정할 수 있다.

 

그렇기 때문에 멀티쓰레딩 환경에서는 동기화 작업이 필요하다. 동기화를 통해 작업 처리 순서를 컨트롤 하고 공유 자원에 대한 접근을 컨트롤 하는 것이다.하지만 이로 인해 병목 현상이 발생하여 성능이 저하될 가능성이 높다. 그러므로 과도한 락(lock)으로 인한 병목 현상을 줄여야 한다.공유 자원이 아닌 부분은 동기화 처리를 할 필요가 없다.

 

즉, 동기화 처리가 필요한 부분에만 synchronized 키워드를 통해 동기화하는 것이다.불필요한 부분까지 동기화를 할 경우 현재 쓰레드는 락(lock)을 획득한 쓰레드가 종료하기 전까지 대기해야한다. 그렇게 되면 전체 성능에 영향을 미치게 된다.즉 동기화를 하고자 할 때는 메소드 전체를 동기화 할 것인가 아니면 특정 부분만 동기화할 것인지 고민해야 한다.

 

연관정보 : CPU 스케줄링에 대한 설명

CPU 스케줄링에 대하여 알아보자