CS - 쓰레드 풀

메모/ETC

구너드 2023. 11. 29. 23:26

컴퓨터 프로그래밍에서 쓰레드 풀은 컴퓨터 프로그램에서 실행의 동시성을 달성하기위한 소프트웨어 디자인 패턴.

<동작 과정>

초기화 - 쓰레드 풀을 사용하기 전에 초기화. 이 단계에서는 쓰레드 풀의 크기, 최대 쓰레드 수, 작업 큐 등의 매개변수를 설정.
작업 수신 - 쓰레드 풀은 작업을 수신하고 처리할 준비. 작업은 일반적으로 작업 큐에 추가.
작업 수행 - 쓰레드 풀에서는 미리 생성된 쓰레드들이 작업 큐를 모니터링하고 대기 중인 작업을 가져와 처리. 이 때, 쓰레드 풀 내의 쓰레드들은 일반적으로 무한 루프를 돌면서 작업을 가져오기 위해 대기.
작업 처리 - 쓰레드 풀의 스레드가 작업을 가져와서 처리합니다. 작업은 일반적으로 작업 큐에서 FIFO(선입선출) 방식.
작업 완료 및 반환 - 작업이 완료되면 해당 결과를 반환하고, 쓰레드는 다시 작업 큐에서 새로운 작업을 가져오기 위해 대기 상태로 전환.
작업 대기 - 작업 큐에 새로운 작업이 추가되면 쓰레드 풀의 스레드들은 대기 상태를 벗어나 작업을 가져와 처리. 이를 반복 수행.
종료 - 쓰레드 풀을 더 이상 사용하지 않을 때 종료. 종료할 때는 모든 작업이 완료되었는지 확인하고, 필요에 따라 남은 작업들을 처리.

<사용 이유>

프로그램 성능 저하를 방지
- 매번 발생하는 작업을 병렬처리하기 위해 쓰레드를 생성/수거하는 데 따른 부담은 프로그램 전체적인 퍼포먼스를 저하. 따라서 쓰레드풀을 만들어 놓고 사용.
- 쓰레드 또한 프로세스가 할당한 메모리를 사용
- 즉, Java의 경우 쓰레드를 생성하면 JVM 메모리를 소비하게 되는 것.
- 쓰레드 자체도 레지스터와 스택을 가지고, 쓰레드도 컨텍스트 스위칭이 일어나기 때문에 쓰레드 생성에 따른 메모리 할당을 무시할 수 없음.
다수의 사용자 요청을 처리
- 다수의 사용자의 요청을 수용하고, 빠르게 처리하고 대응하기 위해 쓰레드풀을 사용.
- 쓰레드가 아무리 빠르게 생성되더라도 시스템 스케줄러에서 쓰레드의 우선순위를 매번 할당해야 하는데, 쓰레드풀을 이용하면 일정 쓰레드가 이미 생성되기 때문에 쓰레드풀에 의해 라이프 사이클이 관리되고, 쓰레드 풀에 의해 작업이 큐를 이용하게 되어 우선순위가 배분되고 처리.

<장점>

쓰레드를 생성/수거하는데 비용이 들지 않음
쓰레드가 생성될 때 OS가 메모리 공간을 확보해주고 메모리를 쓰레드에게 할당
쓰레드 풀을 미리 만들어 두기 때문에 처음에 생성하는 비용은 들지만 이전의 쓰레드를 재사용할 수 있으므로 시스템 자원을 줄일 수 있고, 작업을 요청 시 이미 쓰레드가 대기 중인 상태이기 때문에 작업을 실행하는 데 딜레이가 발생하지 않음.

<단점>

동시성

싱글 코어에서 멀티 스레드를 동작시키기 위한 방식으로 멀티 태스킹을 위해 여러 개의 스레드가 번갈아가면서 실행되는 성질. 동시성을 이용한 싱글 코어의 멀티 태스킹은 각 스레드들이 병렬적으로 실행되는 것처럼 보이지만 사실은 번갈아가면서 조금씩 실행되고 있는 것.

병렬성

멀티 코어에서 멀티 스레드를 동작시키는 방식으로, 한 개 이상의 스레드를 포함하는 각 코어들이 동시에 실행되는 성질. 병렬성은 데이터 병렬성(Data parallelism)과 작업 병렬성(Task parallelism)으로 구분.

<데이터 병렬성>

데이터 병렬성은 전체 데이터를 쪼개 서브 데이터들로 만든 뒤, 서브 데이터들을 병렬 처리하여 작업을 빠르게 수행하는 것

자바8에서 지원하는 병렬 스트림이 데이터 병렬성을 구현한 것.

서브 데이터는 멀티 코어의 수만큼 쪼개어 각각의 데이터들을 분리된 스레드에서 병렬 처리.

<작업 병렬성>

작업 병렬성은 서로 다른 작업을 병렬 처리하는 것.

대표적인 예는 웹 서버로, 각각의 브라우저에서 요청한 내용을 개별 스레드에서 병렬로 처리.