[Java] ExecutorService와 Future

스레드풀

자바에서는 멀티 스레드를 사용해서 여러개의 작업을 병렬로 처리할 수 있다. 만약 매우 많은 작업이 한 번에 들어온다면, 그에 맞게 스레드 를 생성하고, 메모리 사용량이 늘어나 어플리케이션 성능에 영향을 줄 수 있다.

만약 미리 스레드를 여러개 만들어 놓고, 작업이 들어올때 스레드에게 하나씩 할당해준다면 스레드 생성, 메모리 비용을 줄일 수 있을것이다.

자바에서는 스레드풀을 사용할 수 있도록 ExecutorService를 제공해준다.

ExecutorService

ExecutorService는 직접 생성하거나, Executors 클래스의 팩토리 메서드를 사용해서 생성할 수 있다.

ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(3);

• CachedThreadPool: 필요한 수 만큼 동적으로 스레드 수를 늘린다. 사용하지 않는 스레드는 풀에서 제거한다.
• FixedThreadPool: 주어진 개수대로 N개의 코어 스레드를 사용하며, 스레드가 놀고 있더라고 풀에서 제거하지 않는다.
• ScheduledThreadPool: 주어진 delay 뒤에 작업을 한 번 진행한다. 다양한 방식이 있지만 다음에 포스팅하겠다.
• SingleThreadPool: 싱글 스레드이다. 한 번에 하나의 작업만 할 수 있다.

스레드풀의 작동방식은 아래와 같다.

1. 작업 요청
2. 작업 큐에 작업 추가
3. 스레드에서 큐에 있는 작업을 꺼내서 처리

작업은 Runnable(리턴값이 없는 경우) 또는 Callable(리턴값이 있는 경우)를 구현해야한다.

 

Runnable을 구현한 예제를 만들어보았다.

package threadpool;

public class SimpleTask implements Runnable {
    private int sequence;

    public SimpleTask(int sequence) {
        this.sequence = sequence;
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println(sequence + ": [" + Thread.currentThread().getName() + "]: 작업 진행중!");
        try {
            Thread.sleep(100);
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
        System.out.println(sequence + ": [" + Thread.currentThread().getName() + "]: 작업 완료!");
    }
}

package threadpool;

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

public class ExecutorServiceMain {
    public static void main(String[] args) {
        ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(3);

        for (int i=0; i < 6; ++i) {
            executor.submit(new SimpleTask(i + 1));
        }
        executor.shutdown();
    }
}

실행결과 3개의 스레드가 한 번에 3개씩 총 6개의 작업을 수행하는것을 확인할 수 있었다.

1: [pool-1-thread-1]: 작업 진행중!
2: [pool-1-thread-2]: 작업 진행중!
3: [pool-1-thread-3]: 작업 진행중!
3: [pool-1-thread-3]: 작업 완료!
2: [pool-1-thread-2]: 작업 완료!
1: [pool-1-thread-1]: 작업 완료!
4: [pool-1-thread-2]: 작업 진행중!
5: [pool-1-thread-1]: 작업 진행중!
6: [pool-1-thread-3]: 작업 진행중!
5: [pool-1-thread-1]: 작업 완료!
4: [pool-1-thread-2]: 작업 완료!
6: [pool-1-thread-3]: 작업 완료!

executor는 마지막에 shutdown 메서드로 스레드풀을 종료시켜줘야한다.

submit

submit 메서드를 통해 작업 큐에 작업을 넣을 수 있다. (execute를 사용할 수도 있는데 예외가 발생하면 스레드를 종료하고 스레드풀에서 제거시키기 때문에 스레드를 재사용하는 submit을 권장한다.)

 

submit 메서드는 작업 큐에 작업을 넣는것이지, 실행 완료를 보장하는것이 아니다. 반환값으로는 Future<V>를 반환한다.

이 Future 객체는 실제 작업 결과가 아닌, 작업이 완료될때까지 대기하고, 작업이 완료되면 결과를 받을 수 있는 Pending 객체이다. (Javascript의 Promise 객체와 유사하다는 느낌이든다)

 

반환값이 존재하는 Callable 객체를 구현한 task를 만들어 테스트 해보자. Callable 인터페이스는 FunctionalInterface이므로(Runnable도 마찬가지) 람다식으로 표현할 수 있다.

package threadpool;

import java.util.concurrent.*;

public class ExecutorServiceFutureMain {
    public static void main(String[] args) throws ExecutionException, InterruptedException {
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(3);
        Future<Integer> futureResult = executorService.submit(() -> {
            int sum = 0;
            for (int i = 0; i < 100; i++) {
                sum += i;
            }
            return sum;
        });

        int result = futureResult.get();
        System.out.println("result = " + result);	// result = 4950
        executorService.shutdown();
    }
}

Future의 한계

futureResult에서 get메서드를 호출하면 작업을 수행하고 있는 스레드에서 작업을 완료할때까지 블로킹 된다. 그러므로 작업을 완료할때까지 다른 코드를 실행할 수 없게 된다. 그러므로 따로 스레드를 만들어주거나, 타임아웃을 설정하거나, 콜백 객체를 사용하는 방식등의 다른 방법을 사용해야 한다. 또한, get 작업을 진행하는 도중 지연이 발생해서 클라이언트가 영원히 작업을 기다리는 경우가 발생할 수 있다. 타임아웃을 설정한다고 해도, 클라이언트는 어느 부분이 문제인지 예외를 정확히 확인하기 어렵다는 문제가 있다.

 

예외 처리, 블로킹 문제 등을 보완한 CompletableFuture는 다음에 포스팅 할 것이다.

 

참고

https://www.hanbit.co.kr/store/books/look.php?p_code=B4861113361

이것이 자바다(개정판)