Java Programming - Thread notify-wait()

다시 자바의 동기화 초리 방법에 대해 간단히 다시 짚고 넘어가도록 하겠습니다.

 

동기화 처리 방법

• synchronized
  • 메서드 자체에 동기화 처리
    • public synchronized void add() { ~ }
    • 여러개의 Thread들이 공유객체의 메소드를 사용할 떄 메소드에 synchronized가 붙어있을 경우 먼저 호출한 메소드가 객체의 사용권(Monitoring Lock)을 얻습니다.
    • 메소드 앞에 synchronized를 붙혀서 실행해 보면, 메소드 하나가 모두 실행된 후에 다음 메소드가 실행됩니다.
    • 해당 모니터링 락은 메소드 실행이 종료되거나, wait()와 같은 메소드를 만나기 전까지 유지됩니다.
    • 다른 쓰레드들은 모니터링 락을 놓을때까지 대기합니다.
  • 동기화 블럭
    • synchornized(this) { ~ }
    • -synchronized를 메소드에 붙혀서 사용할 경우, 메소드의 코드가 길어지면, 마지막에 대기하는 쓰레드가 너무 오래 기다리는 것을 막기위해 블럭을 사용
    • 해당 this가 동기화 처리가 됨
    • this만 동기화 블럭에 접근 가능
    • 블럭에서 빠져나오기 전까지는 동기화 블럭 내 애들만 공유객체에 접근가능
    • 이때는 blocked상태이며 블럭을 빠져나오면서 runnable로 바뀌게 됨

 

wait(), notify()

• wait()
  • 동기화 영역에서 락을 풀고  Wait-Set영역(공유객체별 존재)으로 이동한다
• notify()
  • Wait-Set영역에 있는 쓰레드를 깨워서 실행할 수 있도록 합니다.

예시

• 내가 스레드 1번, 공유객체 문열고 들어가, 작업이 다 끝나면 락 풀어놓자 ( 사람들 들어올 수 있게 )
• 2번이 거기 들어갔어, 잠궈놓고 일보고 다시 나와서 다시 풀어놓고 나가고
• wait-set영역
  • 대기실 같은 곳, 내가 지금 동기화 영역에서 할 일 없어가지고 일시정지할라고 대기실 ㄱ ㄱ
  • 대기실은 공유객체에 대한 대기실, 각 공유객체마다 대기실이 따로따로 있음
  • 대기실에서 기다리는 동안은(=공유객체에서 나올때) 락풀고 나와야함 다른사람들 들어갈 수 있게
  • notify안받으면 영원히 대기실에...
  • 딴사람이 작업하다가 할 일 다하면 나 notify로 깨우고나도 일어나서 일하다가 다시 wait하면서 wait-set에서 기다리고 또 notify하고 일하고

 

ThreadB.java

package com.company.Thread;

public class ThreadB extends Thread{
    // 해당 스레드가 실행되면 자기 자신의 모니터링 락을 획득
    // 5번 반복하면서 0.5초씩 쉬면서 total에 값을 누적
    // 그 후에 notify()메소드를 호출하여 wait하고 있는 스레드를 깨움
    int total;

    @Override
    public void run() {
        synchronized (this) {
            for(int i = 0; i < 5; i++) {
                System.out.println(i + "을 더합니다.");
                total += i;
                try {
                    Thread.sleep(500);
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            notify();
        }
    }
}

ThreadA.java

package com.company.Thread;

public class ThreadA {
    public static void main(String[] args) {
        // 앞에서 만든 쓰레드 B를 만든 후 start
        // 해당 쓰레드가 실행되면, 해당 쓰레드는 run메소드 안에서 모니터링 락을 획득
        ThreadB b = new ThreadB();
        b.start();

        // b에 대하여 동기화 블럭을 설정
        // 만약 main쓰레드가 아래의 블록을 위의 Thread보다 먼저 실행되었다면 wait을 하게 되면서 모니터링 락을 놓고 대기
        synchronized (b) {
            try {
                System.out.println("b가 완료될때까지 기다립니다.");
                b.wait();
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }

            System.out.println("Total is: " + b.total);
        }
    }
}

//b가 완료될때까지 기다립니다.
//0을 더합니다.
//1을 더합니다.
//2을 더합니다.
//3을 더합니다.
//4을 더합니다.
//Total is: 10

 

그리고 다음으로는 다음과 같이 키를 누르면 마젠타 색으로 1/100씩 채워지는 GUI프로그램을 작성해 보도록 하겠습니다.

 

MyLabel.java

package com.company.Thread;

import javax.swing.*;
import java.awt.*;

public class MyLabel extends JLabel {
    private int barSize = 0; // 바의 크기
    private int maxBarSize;

    public MyLabel(int maxBarSize) {
        this.maxBarSize = maxBarSize;
    }

    public void paintComponent(Graphics g) {
        super.paintComponent(g);
        g.setColor(Color.MAGENTA);
        int width = (int)(((double)(this.getWidth()))
                /maxBarSize*barSize);
        if(width==0) return;
        g.fillRect(0, 0, width, this.getHeight());
    }


    synchronized void fill() {
        if(barSize == maxBarSize) {
            try {
                wait();
            } catch(InterruptedException e) { return; }
        }
        barSize++;
        repaint();
        notify();
    }

    synchronized void consume() {
        if(barSize == 0) {
            try {
                wait();
            } catch(InterruptedException e) {return; }
        }

        barSize--;
        repaint(); // 다시 바 그리기
        notify();
    }
}

일단 다음과 같이 화면에 있는 것 처럼 하나의 바를 만들었습니다. 

TabAndThreadEx.java

package com.company.Thread;

import javax.swing.*;
import java.awt.*;
import java.awt.event.KeyAdapter;
import java.awt.event.KeyEvent;

public class TabAndThreadEx extends JFrame {
    private MyLabel bar = new MyLabel(100);
    public TabAndThreadEx(String title) {
        super(title);
        this.setDefaultCloseOperation(JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
        Container c = getContentPane();
        c.setLayout(null);
        bar.setBackground(Color.ORANGE);
        bar.setOpaque(true);
        bar.setLocation(20, 50);
        bar.setSize(300, 20);
        c.add(bar);

        c.addKeyListener(new KeyAdapter() {
            @Override
            public void keyPressed(KeyEvent e) {
                bar.fill();
            }
        });

        setSize(350, 200);
        setVisible(true);

        c.setFocusable(true);
        ConsumerThread th = new ConsumerThread(bar);
        th.start();
    }
    public static void main(String[] args) {
        new TabAndThreadEx(
                "아무키나 빨리 눌러 바 채우기");
    }

}

class ConsumerThread extends Thread {
    private MyLabel bar;

    public ConsumerThread(MyLabel bar) {
        this.bar = bar;
    }

    @Override
    public void run() {
        while(true) {
            try {
                sleep(200);
                bar.consume();
            } catch(InterruptedException e) {
                return;
            }
        }
    }
}

다음과 같이 기본적인 틀과 기본적인 기능을 완성했습니다.

 

우선 Thread한개를 만들었는데, 여기서 while(true)만큼 myLabel의 consume메소드를 호출해 줍니다. 그리고 만약 barSize가 0이라면 그냥 wait을 해서 wait-set풀에 들어가서 기다리게 합니다. ( 공유객체를 MyLabel로 설정 ) 그리고 만약 키를 누르면 bar객체의 fill메서드를 호출하게 됩니다. 이는 기본적으로 barSize를 1만큼 늘리고 notify()를 해서 wait-set에서 대기중인 메서드를 다시 실행시키게 합니다. 그리고 fill은 바가 꽉 채워졌다면. wait을 하게 됩니다. 그리고 다시 consume에서 notify를 해서 끝나는 원리입니다.