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Core Java Technologies Tech Tips에 오신 여러분을 환영합니다. Java 2 Platform,
Standard Edition (J2SE)에 기반한 core Java technologies 와 APIs의
사용에 관한 최신 정보를 얻어 가시기 바랍니다. 이 글에서는 Java 2 SDK, Standard Edition,
v 1.4를 사용합니다.
이번 호에서는,
 스윙에서의
멀티쓰레딩
쓰레드의
상태정보를 저장할 때 사용되는 THREADLOCAL 변수들
을 다루게 됩니다.
저자 John Zukowski
스윙에서의 멀티 쓰레딩
스윙 컴포넌트 세트는 당시에 Java Development Kit (JDK)로 알려졌던 1.1버전과
함께 사용되도록 1996년에 처음 소개되었다. 스윙 컴포넌트 세트는 그래픽 사용자 환경(GUI, Graphical
User Interface)을 개발하기 위해 사용되는 Abstract Window Toolkit (AWT)
컴포넌트 세트의 대안으로 제공되었으며 현재도 제공되고 있다. AWT는 모든 플랫폼상에서 사용자 환경(UI)을
표현하는 컴포넌트들 중 최소한의 공통 요소만을 구현한 것으로 플랫폼별로 내재하고 있는 도구에 의존한 것이다.
Foundation Classes (JFC)의 한부분으로서 스윙 컴포넌트 세트는 순수하게 자바 테크놀로지에
기반한 솔루션으로써, 모든 드로잉 코드(화면에 컴포넌트를 그리는 코드)가 자바 플랫폼 내부에 존재한다.
거의 모든 스윙 컴포넌트 세트에 관한 튜토리얼에서 컴포넌트 세트는 싱글 쓰레드로 설명된다. 즉, "구현된(realized)"
컴포넌트에 대한 모든 액세스들은 반드시 이벤트 디스패치 쓰레드로(event dispatch thread)부터
이루어져야 한다는 것이다. "구현된"이라는 말은 본래 스크린에 디스플레이된다는 것을 의미한다.
실제로 이것은 스윙 컴포넌트를 스크린에 나타내기 전에 스크린을 구축하고 필요한 속성들을 받아 설정하는 것이
가능하다는 것을 의미한다. 다음 Swing1프로그램은 프레임에 버튼을 추가한 후
이를 디스플레이하고 있다.
import javax.swing.*;
import java.awt.*;
public class Swing1 {
public static void main(String args[]) {
JFrame frame = new JFrame();
frame.setTitle("Title");
frame.setDefaultCloseOperation(
JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
JButton button = new JButton();
button.setText("Hello, World!");
frame.getContentPane().add(button,
BorderLayout.CENTER);
frame.setSize(200, 100);
frame.show();
}
}
이 간단한 프로그램을 보면 별 문제가
없다고 생각할 수 있다. 실제적으로 이와 비슷한 프로그램들이 스윙에 관한 튜토리얼이나 Core Java
Technologies Tech Tips와 같은 아티클에서 제공되고 있다. 하지만 간단하다고 해서 다 맞는
것은 아니다. 위의 프로그램에도 잘못된 점이 있다.
여기서 범인은 show 메소드의 호출이다. 좀더 정확하게 설명하자면, 컨테이너를
packing하는 메소드를 유발하는 setVisible(true)의 숨겨진 호출이
문제이다. setVisible과 pack모두 프레임에 연관된
피어(peer)를 생성할 것이다. 피어의 생성과 함께, 시스템은 이벤트 디스패치 쓰레드를 생성한다. 하지만
pack과 validate가 처리되고 있는 동안 이벤트 디스패치
쓰레드가 다른 어떤 이벤트가 일어났음을 리스너에게 통지하는 경우에 문제가 생길 수 있다. 이러한 상황은
GUI에 기반한 스윙 컴포넌트를 처리하는 2개의 쓰레드를 발생하게 한다. 이것은 교착상태(deadlock)나
쓰레딩과 관련한 문제를 야기할 수 있기 때문에 심각한 결함이라 할 수 있다. pack
호출은 컴포넌트를 구현하는데, 컴포넌트들이 구현되면서(이 때 꼭 시각적으로 볼 수 있을 필요는 없다.)
이벤트 디스패치 쓰레드에 리스너 통지를 유발할 수 있다.
이 문제를 어떻게 해결할 것인가? 간단한 방법은 main 쓰레드에서 프레임을 보여주는 show를 사용하지
않는 것이다. 이 경우에도 모든 GUI 생성을 위한 코드는 main 쓰레드 내에 사용할 수 있다. 그러나
창을 화면에 보이게 하는 시점이 되면, 이러한 코드는 이벤트 디스페치 쓰레드에서 작업하는 것이다. 이것은
단 하나의 쓰레드만이 스윙 컴포넌트를 초기화한다는 것을 보증한다.
이하가 쓰레드에 안전하도록 재작성한 이전의 샘플 프로그램이다.
import javax.swing.*;
import java.awt.*;
import java.lang.reflect.*;
public class Swing2 {
private static class FrameShower
implements Runnable {
final Frame frame;
public FrameShower(Frame frame) {
this.frame = frame;
}
public void run() {
frame.show();
}
}
public static void main(String args[]) {
JFrame frame = new JFrame();
frame.setTitle("Title");
frame.setDefaultCloseOperation(
JFrame.EXIT_ON_CLOSE);
JButton button = new JButton();
button.setText("Hello, World!");
frame.getContentPane().add(button,
BorderLayout.CENTER);
frame.setSize(200, 100);
Runnable runner = new FrameShower(frame);
EventQueue.invokeLater(runner);
}
}
원래의 예제와 비교해 보면, 바뀐 코드는
단지 Runnable 클래스를 생성하기 위한 것이다.
private static class FrameShower
implements Runnable {
final Frame frame;
public FrameShower(Frame frame) {
this.frame = frame;
}
public void run() {
frame.show();
}
}
...
Runnable runner = new FrameShower(frame);
그리고나서 Runnable 객체를 invokeLater
나 invokeAndWait 메소드로 넘기자.
EventQueue.invokeLater(runner);
호출이 바르게 이루어지면, 이 결과는 예제 프로그램의 thread-safe 버전이
된다. 만약 프로그램들이 스윙내의 쓰레딩을 부적절하게 다루고 있다면, 프로그램을 검토해보고 업데이트를 고려해보자.
쓰레드와 스윙에 관한 더 자세한 정보는 자바 튜토리얼의 Threads
와 Swing trail을 참고한다.
쓰레드의 상태정보를 저장할 때 사용되는 THREADLOCAL 변수들
특정 쓰레드의 스코프에서 사용할 로컬변수가 필요했던 적이 있는가? 이때에 각각의 쓰레드는 고유의 스토리지를
갖고 하나의 쓰레드는 다른 쓰레드의 상태 정보를 액세스하는 것이 불가능할 것이다. 표준 라이브러리는 이러한
요구를 가능케 하는 ThreadLocal 과 InheritableThreadLocal,
2개의 클래스들을 제공하고 있다.
클래스들이 사용되고 있는 예를 보자.
import java.util.Random;
public class ThreadLocal1 {
// Define/create thread local variable
static ThreadLocal threadLocal =
new ThreadLocal();
// Create class variable
static volatile int counter = 0;
// For random number generation
static Random random = new Random();
// Displays thread local variable, counter,
// and thread name
private static void displayValues() {
System.out.println (
threadLocal.get() + "\t" + counter +
"\t" + Thread.currentThread().getName());
}
public static void main (String args[]) {
// Each thread increments counter
// Displays variable info
// And sleeps for the random amount of time
// Before displaying info again
Runnable runner = new Runnable() {
public void run() {
synchronized(ThreadLocal1.class) {
counter++;
}
threadLocal.set(
new Integer(random.nextInt(1000)));
displayValues();
try {
Thread.currentThread().sleep (
((Integer)threadLocal.get()).intValue());
displayValues();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
};
// Increment counter, access thread local from
// a different thread, and display the values
synchronized(ThreadLocal1.class) {
counter++;
}
threadLocal.set(
new Integer(random.nextInt(1000)));
displayValues();
// Here's where the other threads
// are actually created
for (int i=0; i<5; i++) {
Thread t = new Thread(runner);
t.start();
}
}
}
ThreadLocal1클래스는
2개의 정적 변수를 갖는다. common integer primitive 타입인 counter와
ThreadLocal 타입의 변수인 threadLocal이
바로 그것이다. 일반적으로 클래스 변수를 사용하면, 해당 클래스의 모든 인스턴스들은 동일한 값을 공유하게
된다. 하지만 ThreadLocal의 경우는 다르다. ThreadLocal클래스를
사용하면 동일한 쓰레드내에서만 같은 정적 정보를 공유하게 되는 반면, 서로 다른 쓰레드에서 ThreadLocal
클래스를 사용하면 서로 다른 정적 정보를 갖게 된다.
ThreadLocal1에서, ThreadLocal 인스턴스는
0에서 999사이의 랜덤한 숫자로 초기화된다.
threadLocal.set(
new Integer(random.nextInt(1000)));
다수의 서로 다른 쓰레드가 생성되었다. 각각의 쓰레드 별로, 2개의 클래스 변수에
대한 상태 정보가 디스플레이된다. 그러면 이 쓰레드는 ThreadLocal이 랜덤한
숫자로 지정한 만큼의 밀리초동안 휴면한다. 이후, 2개의 클래스 변수의 상태 정보가 다시 디스플레이되고,
ThreadLocal1를 실행하면, 아래와 같은 출력값을 보게 된다.
828 1 main
371 2 Thread-0
744 3 Thread-1
734 4 Thread-2
189 5 Thread-3
790 6 Thread-4
189 6 Thread-3
371 6 Thread-0
734 6 Thread-2
744 6 Thread-1
790 6 Thread-4
여기에서 주목할 것은 세번째 컬럼에서 쓰레드의 이름이 같을 때를 살펴보면, 첫번째
컬럼의 ThreadLocal 변수값이 프로그램이 실행되는 동안 같은 상태를 유지한다는
것이다. 반면, 두번째 컬럼에서 보이는 정적 변수는 프로그램이 실행하는 동안 변화하고, 기존 쓰레드를 재검토할
때 그 바뀐 값을 유지한다. 이것이 바로 적절하게 동기화된 정적 변수가 해야 하는 일이다.
프로그램을 실행할 때마다 모든 컬럼에는 각기 다른 값이 생성되기 때문에 결과에서 보이는 첫번째 컬럼의
시간들이 위에서 보는 바와 다르다거나, 마지막 5개의 행의 이름의 순서가 다르다고 해도 놀랄 필요는 없다.
그 순서는 첫번째 컬럼에서 보여진 시간(times)에 기반한 것이다.
쓰레드 로컬 변수는 단순히 인스턴스 변수들의 또 다른 형태만이 아니다. 만약 특정 클래스의 10개의
인스턴스를 모두 일반적인 쓰래드내에서 접근한다면, 그것들의 ThreadLocal
정보는 모두 같을 것이다. 그러나, 만약 이러한 인스턴스들 중의 하나를 다른 쓰레드에서 접근하게 되면,
ThreadLocal 정보는 바뀌게 될 것이다.
ThreadLocal 클래스는 오직 3개의 메소드만을 포함하고 있는데 get,
set과 initialValue가 바로 그것이다. ThreadLocal1
예제를 보면, set메소드는 인스턴스가 생성된 이후 호출되는 것을 알 수 있다.
ThreadLocal의 상태를 이후에 다시 초기화하는 방법 대신에, ThreadLocal을
상속한 서브클래스에서 initialValue 메소드를 오버라이드할 수 있다. 다음의
ThreadLocal2 클래스가 바로 그 일을 하는데, 생성된 출력값은 ThreadLocal1의
경우와 비슷하다.
import java.util.Random;
public class ThreadLocal2 {
// Create thread local class
// Initial value is a random number from 0-999
private static class MyThreadLocal
extends ThreadLocal {
Random random = new Random();
protected Object initialValue() {
return new Integer(random.nextInt(1000));
}
}
// Define/create thread local variable
static ThreadLocal threadLocal =
new MyThreadLocal();
// Create class variable
static volatile int counter = 0;
// For random number generation
static Random random = new Random();
// Displays thread local variable, counter,
// and thread name
private static void displayValues() {
System.out.println (
threadLocal.get() + "\t" + counter +
"\t" + Thread.currentThread().getName());
}
public static void main (String args[]) {
// Each thread increments counter
// Displays variable info
// And sleeps for the random amount of time
// Before displaying info again
Runnable runner = new Runnable() {
public void run() {
synchronized(ThreadLocal2.class) {
counter++;
}
displayValues();
try {
Thread.currentThread().sleep (
((Integer)threadLocal.get()).intValue());
displayValues();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}
}
};
// Another instance of class created
// and values displayed
displayValues();
// Here's where the other threads
// are actually created
for (int i=0; i<5; i++) {
Thread t = new Thread(runner);
t.start();
}
}
}
ThreadLocal의
initialValue 메소드는 각각의 쓰레드가 상태를 알아내기 위해 하는 첫번째
호출에서 사용된다. Set이 이미 호출된 상태라면, initialValue
메소드는 절대로 호출되지 않는다. initialValue 메소드를 사용할 때, public이
아니라 protected로 만들어야 한다는 것을 기억하자. 일반적으로 initialValue
메소드가 임의로 호출되는 것은 바람직하지 않기 때문이다. initialValue
가 오버라이드되지 않았을 경우, 쓰레드 로컬 변수를 나타내는 객체의 초기 값은 null이다.
ThreadLocal변수에 담을 컨텐츠는 어떤 Object
타입이든지 가능하다. ThreadLocal2에서 컨텐츠는 Integer이다.
get을 이용해서 상태를 받아낼 때 Object를 적절한
타입으로 캐스팅해야 한다는 것을 기억하자.
InheritableThreadLocal라고 불리는 ThreadLocal의
두번째 타입을 보자. ThreadLocal과 같이, InheritableThreadLocal을
사용하는 각각의 쓰레드는 고유의 상태객체를 갖는다. ThreadLocal과 InheritableThreadLocal의
차이점은 InheritableThreadLocal의 초기값은 생성하는 쓰레드로부터
변수의 상태를 얻어낸다는 데에 있다. 상태의 변경은 다른 쓰레드를 제외한 로컬 쓰레드에서만 가능하다. InheritableThreadLocal의
새로운 childValue 메소드는 그것의 상태를 초기화하기위해 사용되는데 이는
상태를 얻어내려고 할 때가 아니라 자녀객체의 생성자에 의해 호출된다.
실제로 ThreadLocal의 사용을 검토하기 위해서는, java.nio.charset의
Charset 클래스를 보거나 java.util.Logging의
LogRecord를 참고한다. Charset의 경우에는,
ThreadLocal가 캐릭터 세트 인코더와 디코더를 검색하기 위해 사용된다. 이것은
초기화하는 코드들이 절절한 시기에 사용되도록 조절하는 역할을 한다. LogRecord에서
ThreadLocal의 사용은 각각의 쓰레드에 Login을 위한 고유한 id가 할당되는
것을 보장해 준다.
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