[Java] Executor 프레임워크

Java의 Executor 프레임워크는 스레드 관리를 위한 고수준의 API를 제공하여 스레드 생성, 관리, 실행 등을 쉽게 수행할 수 있게 해주는 프레임워크이다. 멀티스레딩 작업을 효율적으로 처리하도록 설계되었으며, 개발자가 직접 스레드를 생성하거나 종료할 필요 없이 스레드 풀을 활용하여 스레드의 재사용과 최적화를 자동으로 관리해 준다.

java.util.concurrent 패키지에 포함되어 있다.

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Executor 프레임워크의 주요 개념

1. Executor 인터페이스

Executor 인터페이스는 Java의 Executor 프레임워크에서 가장 기본이 되는 인터페이스로, 작업(Runnable)을 실행하는 방법을 정의한다. execute(Runnable command) 메서드 하나만을 포함하며, 구현체에 따라 스레드를 생성하거나 스레드 풀에서 스레드를 가져와 작업을 실행한다.

Executor executor = new Executor() {
    @Override
    public void execute(Runnable command) {
        new Thread(command).start();
    }
};

2. ExecutorService 인터페이스

ExecutorService는 Executor의 하위 인터페이스로, 작업 실행 외에도 스레드 풀 관리, 종료, 상태 확인 등의 기능을 제공한다. 작업을 제출하고 결과를 기다리는 등의 동작을 관리할 수 있다.

주요 메서드

• submit(): Callable이나 Runnable 작업을 제출하고 Future 객체를 반환받아 결과를 얻거나 작업 상태를 추적할 수 있다.
• shutdown(): 스레드 풀이 더 이상 새로운 작업을 받지 않고 남은 작업이 모두 끝나면 종료된다.
• shutdownNow(): 현재 실행 중인 작업을 즉시 중단하려고 시도한다.
• invokeAll(): 여러 Callable 작업을 동시에 실행하고, 모든 작업이 완료될 때까지 기다린 후 결과를 반환한다.
• invokeAny(): 여러 작업 중 가장 먼저 완료된 작업의 결과만 반환한다.

ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(3);

executorService.submit(() -> {
    System.out.println("작업 실행 중...");
});

// 서비스 종료
executorService.shutdown();

3. Executors 유틸리티 클래스

Executors 클래스는 다양한 유형의 스레드 풀을 생성할 수 있는 정적 메서드를 제공한다.

• newFixedThreadPool(int nThreads): 고정 크기의 스레드 풀을 생성한다. 지정한 개수만큼 스레드를 유지하며, 스레드 풀이 가득 차면 대기열에 작업이 쌓인다.
• newCachedThreadPool(): 필요한 경우 새 스레드를 생성하고, 사용하지 않는 스레드는 일정 시간 후 제거된다. 많은 작업을 빠르게 처리할 때 유용하지만, 스레드 수가 동적으로 증가할 수 있어 메모리 사용량을 고려해야 한다.
• newSingleThreadExecutor(): 단일 스레드 풀을 생성한다. 작업이 순차적으로 실행되며, 작업 큐에 있는 작업들이 차례로 실행된다.
• newScheduledThreadPool(int corePoolSize): 지정된 간격이나 특정 시간에 작업을 실행할 수 있는 스레드 풀이다.

ExecutorService fixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(3);
ExecutorService cachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();
ExecutorService singleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();
ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(2);

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스레드 풀(Thread Pool)

스레드 풀은 미리 생성한 스레드들의 그룹으로, 작업이 요청될 때마다 새로운 스레드를 생성하는 대신 기존의 스레드를 재사용하여 성능을 최적화한다. 스레드 풀을 사용하면 자원 절약과 응답 속도 향상 효과를 얻을 수 있다.

 

Callable과 Future

• Callable: Runnable과 유사하지만, 반환값을 가질 수 있고, Exception을 발생시킬 수 있는 작업을 정의할 수 있다. call() 메서드를 통해 호출된다.
• Future: 비동기 작업의 결과를 저장하는 객체로, 작업 완료 여부를 확인하거나 결과를 가져올 수 있다.

Callable<Integer> task = () -> {
    return 123;
};
Future<Integer> future = executorService.submit(task);

try {
    Integer result = future.get(); // 작업이 완료될 때까지 대기하고 결과를 반환
    System.out.println("결과: " + result);
} catch (InterruptedException | ExecutionException e) {
    e.printStackTrace();
}

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주요 스레드 풀 유형과 사용 예시

1. 고정 크기 스레드 풀 (newFixedThreadPool)

지정된 개수의 스레드만을 유지하며, 추가 작업이 들어오면 큐에 쌓아 순서대로 처리한다. 스레드 수가 고정되어 있어 예측 가능한 성능을 제공한다.

ExecutorService fixedThreadPool = Executors.newFixedThreadPool(3);

for (int i = 0; i < 5; i++) {
    fixedThreadPool.submit(() -> {
        System.out.println("작업 실행 중... " + Thread.currentThread().getName());
    });
}
fixedThreadPool.shutdown();

2. 캐시된 스레드 풀 (newCachedThreadPool)

요청이 많을 경우 필요한 만큼의 스레드를 생성하고, 일정 시간 동안 사용되지 않으면 스레드를 종료시켜 자원을 관리한다. 작업 수가 동적으로 증가할 때 유용하지만, 요청이 급증하면 스레드 수가 증가할 수 있다.

ExecutorService cachedThreadPool = Executors.newCachedThreadPool();

for (int i = 0; i < 5; i++) {
    cachedThreadPool.submit(() -> {
        System.out.println("작업 실행 중... " + Thread.currentThread().getName());
    });
}
cachedThreadPool.shutdown();

3. 단일 스레드 풀 (newSingleThreadExecutor)

단일 스레드로 구성된 스레드 풀로, 작업이 순차적으로 처리된다. 중요한 작업의 순서를 유지해야 할 때 유용하다.

ExecutorService singleThreadExecutor = Executors.newSingleThreadExecutor();

singleThreadExecutor.submit(() -> {
    System.out.println("작업 1 실행 중...");
});

singleThreadExecutor.submit(() -> {
    System.out.println("작업 2 실행 중...");
});

singleThreadExecutor.shutdown();

4. 스케줄링 스레드 풀 (newScheduledThreadPool)

지정된 시간 간격이나 특정 시점에 작업을 실행할 수 있도록 스케줄링 기능을 제공한다. ScheduledExecutorService를 사용하여 주기적으로 실행할 작업을 쉽게 설정할 수 있다.

ScheduledExecutorService scheduledThreadPool = Executors.newScheduledThreadPool(2);

// 일정 시간 후 작업 실행
scheduledThreadPool.schedule(() -> System.out.println("5초 후 실행"), 5, TimeUnit.SECONDS);

// 일정 간격으로 작업 실행
scheduledThreadPool.scheduleAtFixedRate(() -> System.out.println("주기적으로 실행"), 1, 3, TimeUnit.SECONDS);

// 스케줄링 서비스 종료
scheduledThreadPool.shutdown();

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Executor 프레임워크의 장점

• 효율적인 자원 관리: 스레드 풀이 스레드 수를 관리하여 자원을 절약하고, 과도한 스레드 생성으로 인한 메모리 부족 문제를 방지한다.
• 응답성 향상: 스레드 풀에서 미리 생성된 스레드를 사용하여 작업을 빠르게 처리하고, 새로운 스레드 생성 시간 없이 즉시 실행할 수 있다.
• 코드 간소화: 스레드 풀과 비동기 작업 처리를 쉽게 관리할 수 있어, 코드가 간결하고 유지보수가 쉬워진다.
• 스케줄링 기능 제공: 일정 시간 간격이나 특정 시점에 실행하는 기능을 제공하여 반복적인 작업을 간단하게 구현할 수 있다.