2023년 11월 3일 multiThread

우선, 사람의 머리로 멀티 태스킹을 자주 치매가 온다는 연구 결과가
있다는것 같으니 우리는 한번에 하나의 일에만 집중해야 한다.

thread

인간의 두뇌는 멀티 태스킹을 할 수 없다.
멀티 태스킹처럼 아주 빠른 전환의 반복만이 존재할 뿐이다.
판타지 소설을 보면 수준 높은 마법사들은 동시에 여러 마법들을 사용하는
`멀티 캐스팅` 을 선보인다.
소설이라 가능한 일이니 현실 마법사들분들은 판타지 그만 보시고
한번에 하나의 마법만 쓰도록 하자.

우선 강의에서 나온 코드를 그대로 보자

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Runnable task = () -> {
            for (int i = 0; i < 100; i++) {
                System.out.print("$");
            }
        };
        Runnable task2 = () -> {
            for (int i = 0; i < 100; i++) {
                System.out.print("*");
            }
        };


        Thread thread1 = new Thread(task);
        thread1.setName("thread1");
        Thread thread2 = new Thread(task2);
        thread2.setName("thread2");

        thread1.start();
        thread2.start();
    }
}

두개의 thread에서 각각 * 과 $ 를 출력하는 multiThread이다.

한가지 의문이 들었다.
진정한 multiThread 라고 한다면 *$*$*$*$*$*$*$*$*$*$*$*$*$*$*$*$*$*$*$* 형태의
출력 결과를 보여야 하지 않나?
최소한 *$$*$*$*$*$**$$***$*$*$$ 정도가 되어야 하지 않나?

Java Language and Virtual Machine Specifications

공식 문서에서는 관련된 내용을 찾을 수 없었다.
오히려 해당 내용과 관련된 부분을 명확하게 설명하는것이 아님을 고지하고 시작하더라.

그래서 여기 저기 구글링을 해보다 보니 multiProcessing을 또 알게 되었다.
파면 팔수록 뭐가 나온다... 벌집을 건들였다는 기분이 또 다시 들었다 stream()

Multithreading vs. multitasking vs. multiprocessing

좀 더 찾아보니 multiProcessing 은 아예 여러개의 main을 동시에 작성해 각기 다른 cpu 코어에서 실행하는 말 그대로의 MultiProcess 였다.
쓰레드 여러개를 동시 돌리는 개념보다 상위로 봐야 할것 같더라.
같은 방식으로 * 과 $을 출력하는 코드를 작성해도 *****$$$$$*****$$$$$... 식으로 나올거라 생각했다.
원인은 그 부분에 있는게 아니었으니까
돌아와서, multiThread 는 그럼 왜 완벽하게 교차되는 출력값을 내지 못하나?

아쉽게도 나 같은 궁금증을 가진 사람들을 찾기에는 내 구글링 실력에 이슈가 좀 있었다.
해서 GPT몽에게 물어보자

답변

멀티쓰레딩 환경에서 
*$*$*$*$*$*$*$*$*$*$*$*$*$*$*$*$*$*$*$* 
와 같이 완벽하게 교차하여 출력되는 결과는 이론적으로 가능하지만
실제로는 거의 보기 어렵습니다.
왜냐하면 쓰레드 스케줄링과 콘텍스트 스위칭에 따라 출력 순서가 달라지기 때문입니다.

쓰레드 스케줄링은 운영체제가 관리하며,
CPU 코어에 어떤 쓰레드를 할당할지 결정합니다.
여기에는 많은 변수가 작용하며, 운영체제의 스케줄링 알고리즘,
쓰레드 우선순위, 쓰레드가 실행중인 현재 상태, 시스템의 부하 등이 포함됩니다.

실제로 멀티쓰레딩 환경에서는 다음과 같은 이유로
*$*$*$*$... 
패턴이 일반적으로 발생하지 않습니다:

쓰레드 스케줄링의 비결정성: 
JVM과 운영체제는 쓰레드를 비결정적으로 스케줄링합니다.
즉, 정확한 실행 순서를 예측할 수 없습니다.

콘텍스트 스위칭 비용: 
쓰레드 간에 콘텍스트 스위칭이 발생할 때 마다,
쓰레드의 상태를 저장하고 복원하는 데에 비용이 발생합니다.
이 비용 때문에 운영체제는 빈번한 콘텍스트 스위칭보다는
하나의 쓰레드를 조금 더 오래 실행시키는 경향이 있습니다.

쓰레드 실행 중 경쟁 상태:
여러 쓰레드가 동일한 리소스(예: 표준 출력 스트림)에 동시에 접근하려고 할 때
경쟁 상태가 발생할 수 있습니다.
이로 인해 출력 순서가 불규칙해질 수 있습니다.

캐싱과 버퍼링: 시스템에 따라 출력이 버퍼링될 수 있으며,
이로 인해 출력 순서가 달라질 수 있습니다.

결국 *$*$*$*$... 패턴이 나오기 위해서는 두 쓰레드가 정확히 동시에 실행되고,
교차하여 완벽히 균형적으로 콘텍스트 스위칭이 일어나며,
출력 버퍼링에 영향을 받지 않아야 합니다.
이는 실제 운영 환경에서는 매우 드물며, 대부분의 경우 
*****$$$$$*****$$$$$... 
또는 그 변형이 출력됩니다.

결국 내용을 보아하니 두개의 쓰레드를 스위칭 하는 과정context switching에서
발생하는 비용이 크기 때문에
(이건 인간도 마찬가지다. 그래서 멀티 태스킹이 치매를 앞 당긴다고 한다.)
한가지 쓰레드를 조금 오래 잡고 있으려고 한단다.

결국 쓰레드 양쪽에 적당한 틱을 줘서
출력 시간을 좀 늘리되 안정적으로 완벽한 패턴을 출력하던가
컴퓨터가 존나게좋던가 둘 중 하나라고 한다.

강의를 따라가다 보니 우선도를 주는 내용이 나오긴 했지만 내가 궁금했던 부분을
보완해주진 않았기에 해당 내용은 다루지 않기로 한다.