자바의 다양한 기능 / 데코레이터 패턴, Thread

19. 데코레이터 패턴

Decorator Pattern

자바의 입출력 스트림은 decorator pattern임
여러 decorator들을 활용하여 다양한 기능을 제공
상속보다 유연한 구현 방식
데코레이터는 다른 데코레이터나 또는 컴포넌트를 포함해야함
지속적인 기능의 추가와 제거가 용이함
decorator와 component는 동일한 것이 아님
( 기반 스트림 클래스가 직접 읽고 쓸 수 있음, 보조 스트림은 추가적인 기능 제공)

예제

아메리카노
카페 라떼 = 아메리카노 + 우유
모카 커피 = 아메리카노 + 우유 + 모카시럽
크림 올라간 모카커피 = 아메리카노 + 우유 + 모카시럽 + whipping cream

커피는 컴포넌트고, 우유, 모카시럽, whipping cream은 모두 데코레이터임

public abstract class Coffee {
	
	public abstract void brewing();
}

public abstract class Decorator extends Coffee{

	Coffee coffee;
	public Decorator(Coffee coffee){
		this.coffee = coffee;
	}
	
	@Override
	public void brewing() {
		coffee.brewing();
	}

}

public class Latte extends Decorator{

	public Latte(Coffee coffee) {
		super(coffee);
	}

	
	public void brewing() {
		super.brewing();
		System.out.print("Adding Milk ");
	}
}

public class Mocha extends Decorator{

	public Mocha(Coffee coffee) {
		super(coffee);
		// TODO Auto-generated constructor stub
	}

	public void brewing() {
		super.brewing();
		System.out.print("Adding Mocha Syrup ");
	}
}

public class WhippedCream extends Decorator{

	public WhippedCream(Coffee coffee) {
		super(coffee);
	}

	public void brewing() {
		super.brewing();
		System.out.print("Adding WhippedCream ");
	}
}

public class KenyaAmericano extends Coffee{

	@Override
	public void brewing() {
		System.out.print("KenyaAmericano ");
	}

}

public class EtiopiaAmericano extends Coffee{

	@Override
	public void brewing() {
		System.out.print("EtiopiaAmericano ");
	}

}

public class CoffeeTest {

	public static void main(String[] args) {

		Coffee kenyaAmericano = new KenyaAmericano();
		kenyaAmericano.brewing();
		System.out.println();
		
		Coffee kenyaLatte = new Latte(kenyaAmericano);
		kenyaLatte.brewing();
		System.out.println();
		
		Mocha kenyaMocha = new Mocha(new Latte(new KenyaAmericano()));
		kenyaMocha.brewing();
		System.out.println();
		
		WhippedCream etiopiaWhippedMocha = 
				new WhippedCream(new Mocha(new Latte( new EtiopiaAmericano())));
		etiopiaWhippedMocha.brewing();
		System.out.println();
		
	}

}

20. 자바에서 Thread 만들기

Thread란

process : 실행 중인 프로그램 프로그램이 실행되면 OS로 부터 메모리를 할당받아 프로세스 상태가 됨
thread : 하나의 프로세스는 하나 이상의 thread를 가지게 되고, 실제 작업을 수행하는 단위는 thread임

multi-threading

여러 thread가 동시에 수행되는 프로그래밍, 여러 작업이 동시에 실행되는 효과
thread는 각각 자신만의 작업 공간을 가짐 ( context)
각 thread 사이에서 공유하는 자원이 있을 수 있음 ( 자바에서는 static instance )
여러 thread가 자원을 공유하여 작업이 수행되는 경우 서로 자원을 차지하려는 race condition이 발생할 수 있음
여러 thread가 공유하는 자원 중 경쟁이 발생하는 부분을 critical section 이라고 함
critical section에 대한 동기화 ( 일종의 순차적 수행 )를 구현하지 않으면 오류가 발생할 수 있음

class MyThread extends Thread {
	public void run() {
		int i;
		for(i=0; i<200; i++) {
			System.out.print(i + "\t");
		}
	}
}

public class ThreadTest {

	public static void main(String[] args) {

		System.out.println(Thread.currentThread()+"start");
		MyThread th1 = new MyThread();
		th1.start();

		MyThread th2 = new MyThread();
		th2.start();
		System.out.println(Thread.currentThread()+"end");
	}

}

Runnable 인터페이스 구현하여 만들기

자바는 다중 상속이 허용되지 않으므로 이미 다른 클래스를 상속한 경우 thread를 만들기 위해 Runnable interface를 구현하도록 한다.

class MyThread implements Runnable {
	public void run() {
		int i;
		for(i=0; i<200; i++) {
			System.out.print(i + "\t");
		}
	}
}

public class ThreadTest {

	public static void main(String[] args) {

		System.out.println(Thread.currentThread()+"start");
		MyThread runnable = new MyThread();
	
		Thread th1 = new Thread(runnable);
		Thread th2 = new Thread(runnable);
		
		th1.start();
		th2.start();
		
		System.out.println(Thread.currentThread()+"end");
	}

}

Thread Status

21. Thread 클래스의 여러 메서드들

Thread 우선순위

Thread.MIN_PRIORITY(=1) ~ Thread.MAX_PRIORITY(=10)
디폴트 우선순위 : Thread.NORMAL_PRIORITY(=5)
우선 순위가 높은 Thread가 CPU의 배분을 받을 확률이 높다
setPriority()/getPriority()

Thread 우선순위 예제

class PriorityThread extends Thread{
	
	public void run(){
	
		int sum = 0;
		
		Thread t = Thread.currentThread();
		System.out.println( t + "start");
		
		for(int i =0; i<=1000000; i++){
			
			sum += i;
		}
		
		System.out.println( t.getPriority() + "end");
	}
}


public class PriorityTest {

	public static void main(String[] args) {

		int i;
		for(i=Thread.MIN_PRIORITY; i<= Thread.MAX_PRIORITY; i++){
			
			PriorityThread pt = new PriorityThread();
			pt.setPriority(i);
			pt.start();
		
		}
	}

}

join()

동시에 두 개 이상의 Thread가 실행 될 때 다른 Thread의 결과를 참조 하여 실행해야 하는 경우 join() 함수를 사용
join() 함수를 호출한 Thread가 not-runnable 상태가 감
다른 Thread의 수행이 끝나면 runnable 상태로 돌아옴

1부터 50, 51부터 100 까지의 합을 구하는 두 개의 Thread를 만들어 결과를 확인

public class JoinTest extends Thread {

	int start;
	int end;
	int total;
	
	public JoinTest(int start, int end) {
		this.start = start;
		this.end = end;
	}
	
	public void run() {
		int i;
		for(i=start; i<=end; i++) {
			
			total += i;
		}
	}
	
	
	public static void main(String[] args) {

		JoinTest jt1 = new JoinTest(1, 50);
		JoinTest jt2 = new JoinTest(51, 100);
		
		jt1.start();
		jt2.start();
		
		try{
			jt1.join();
			jt2.join();
			
		}catch (InterruptedException e) {
			System.out.println(e);
		}

		
		int lastTotal = jt1.total + jt2.total;
		System.out.println("jt1.total = " + jt1.total);
		System.out.println("jt2.total = " + jt2.total);
		
		System.out.println("lastTotal = " + lastTotal);
	}

}

interrupt()

다른 Thread에 예외를 발생시키는 interrupt를 보낸다.
Thread가 join(), sleep(), wait() 함수에의해 not-runnable 상태일 때 interrupt() 메서드를 호출하면 다시 runnable 상태가 될 수 있음

Thread 종료하기

Thread를 종료할 때 사용함
무한 반복의 경우 while(flag)의 flag 변수값을 false로 바꾸어 종료를 시킴

Thread 종료하기 예제

  세 개의 thread를 만든다.
  각각 무한 루프를 수행하게 한다. 	
  작업 내용 this.sleep(100);

  ‘A’ 를 입력 받으면 첫 번째 thread를
  ‘B’ 를 입력 받으면 두 번째 thread를
  ‘C’ 를 입력 받으면 세 번째 thread를 
  ‘M’을 입력 받으면 모든 thread와 main() 함수를 종료한다.

public class TerminateThread extends Thread{

	private boolean flag = false;
	int i;
	
	public TerminateThread(String name){
		super(name);
	}
	
	public void run(){
		
		
		while(!flag){
			try {
				sleep(100);
			} catch (InterruptedException e) {
				// TODO Auto-generated catch block
				e.printStackTrace();
			}
		}
		
		System.out.println( getName() + " end" );
		
	}
	
	public void setFlag(boolean flag){
		this.flag = flag;
	}
	
	
	public static void main(String[] args) throws IOException {

		TerminateThread threadA = new TerminateThread("A");
		TerminateThread threadB = new TerminateThread("B");
		TerminateThread threadC = new TerminateThread("C");
		
		threadA.start();
		threadB.start();
		threadC.start();
		
		int in;
		while(true){
			in = System.in.read();
			if ( in == 'A'){
				threadA.setFlag(true);
			}else if(in == 'B'){
				threadB.setFlag(true);
			}else if( in == 'C'){
				threadC.setFlag(true);
			}else if( in == 'M'){
				threadA.setFlag(true);
				threadB.setFlag(true);
				threadC.setFlag(true);
				break;
			}else{
				System.out.println("type again");
			}
		}
		
		System.out.println("main end");
		
	}
}

22. 멀티 Thread 프로그래밍에서의 동기화

critical section과 semaphore

critical section 은 두 개 이상의 thread가 동시에 접근 하는 경우 문제가 생길 수 있기 때문에 동시에 접근할 수 없는 영역
semaphore 는 특별한 형태의 시스템 객체이며 get/release 두 개의 기능이 있다.
한 순간 오직 하나의 thread 만이 semaphore를 얻을 수 있고, 나머지 thread들은 대기(blocking) 상태가 된다.
semaphore를 얻은 thread 만이 critical section에 들어갈 수 있다.

Park 과 ParkWife 가 동시에 Bank 자원에 접근하여 작업이 이루어지는 경우의 예제

class Bank {
	
	private int money = 10000;

	public synchronized void saveMoney(int save) {
		
		int m = getMoney();
		
		try {
			Thread.sleep(3000);
		} catch (InterruptedException e) {
			// TODO Auto-generated catch block
			e.printStackTrace();
		}
		
		setMoney(m + save);
	}
	
	public synchronized void minusMoney(int minus) {
		int m = getMoney();
		
		try {
			Thread.sleep(200);
		} catch (InterruptedException e) {
			// TODO Auto-generated catch block
			e.printStackTrace();
		}
		
		setMoney(m - minus);
	}
	
	public int getMoney() {
		return money;
	}

	public void setMoney(int money) {
		this.money = money;
	}
	
	
}

class Park extends Thread {
	public void run() {
		System.out.println("start save");
		SyncMain.myBank.saveMoney(3000);
		System.out.println("saveMoney(3000) : " + SyncMain.myBank.getMoney());
	}
}

class ParkWife extends Thread {
	public void run() {
		System.out.println("start minus");
		SyncMain.myBank.minusMoney(1000);
		System.out.println("minusMoney(1000) : " + SyncMain.myBank.getMoney());
	}
}

public class SyncMain {
	
	public static Bank myBank = new Bank();

	public static void main(String[] args) {

		Park p = new Park();
		p.start();
		
		try {
			Thread.sleep(200);
		} catch (InterruptedException e) {
			// TODO Auto-generated catch block
			e.printStackTrace();
		}
		
		ParkWife pw = new ParkWife();
		pw.start();
		
	}

}

동기화 (synchronization)

두 개의 thread 가 같은 객체에 접근 할 경우, 동시에 접근 함으로써 오류가 발생
동기화는 임계영역에 접근한 경우 공유자원을 lock 하여 다른 thread의 접근을 제어
동기화를 잘못 구현하면 deadlock에 빠질 수 있다.

자바에서는 synchronized 메서드나 synchronized 블럭을 사용

synchronized 블럭

현재 객체 또는 다른 객체를 lock으로 만든다.

synchronized(참조형 수식) {

      수행문;
}

synchronized 메서드

객체의 메소드에 synchronized 키워드 사용
현재 이 메서드가 속해있는 객체에 lock을 건다.
자바에서는 deadlock을 방지하는 기술이 제공되지 않으므로 되도록이면 synchronized 메서드에서 다른 synchronized 메서드는 호출하지 않도록 한다.

deadlock의 예

23. wait()/notify() 에서드를 활용한 동기화 프로그래밍

리소스가 어떤 조건에서 더 이상 유효하지 않은 경우 리소스를 기다리기 위해 Thread 가 wait() 상태가 된다.
wait() 상태가 된 Thread은 notify() 가 호출 될 때까지 기다린다.
유효한 자원이 생기면 notify()가 호출되고 wait() 하고 있는 Thread 중 무작위로 하나의 Thread를 재시작 하도록 한다.
notifyAll()이 호출되는 경우 wait() 하고 있는 모든 Thread가 재시작 된다.
이 경우 유효한 리소스만큼의 Thread만이 수행될 수 있고 자원을 갖지 못한 Thread의 경우는 다시 wait() 상태로 만든다.
자바에서는 notifyAll() 메서드의 사용을 권장한다.

도서관에서 책을 빌리는 예제

import java.util.ArrayList;

class LeeLibrary {
	
	public ArrayList<String> shelf = new ArrayList();
	
	public LeeLibrary() {
		shelf.add("태백산맥1");
		shelf.add("태백산맥2");
		shelf.add("태백산맥3");
	}
	
	public synchronized String lendBook() throws InterruptedException {
		
		Thread t = Thread.currentThread();
		while (shelf.size() == 0) {
			System.out.println(t.getName() + " waitng start");
			wait();
			System.out.println(t.getName() + " waitng end");
		}
		
		if (shelf.size() > 0) {
		String book = shelf.remove(0);
		System.out.println(t.getName() + ": " + book +" lend");
		return book;
		} else return null;
	}
	
	public synchronized void returnBook(String book) {
		Thread t = Thread.currentThread();
		
		shelf.add(book);
		notifyAll();
		System.out.println(t.getName() + ": " + book +" return");
	}
}

class Student extends Thread {
	
	public Student(String name) {
		super(name);
	}
	public void run() {
		
		try {
		String title = LibrayMain.library.lendBook();
		
		if(title == null) { 
			System.out.println(getName() + " 빌리지 못했음.");
			return;		
		}
		sleep(5000);
		
		LibrayMain.library.returnBook(title);
		} catch(InterruptedException e) {
			System.out.println(e);
		}
	}
}

public class LibrayMain {

	public static LeeLibrary library = new LeeLibrary();
	
	public static void main(String[] args) {

		Student std1 = new Student("std1");
		Student std2 = new Student("std2");
		Student std3 = new Student("std3");
		Student std4 = new Student("std4");
		Student std5 = new Student("std5");
		Student std6 = new Student("std6");
	
		std1.start();
		std2.start();
		std3.start();
		std4.start();
		std5.start();
		std6.start();
	}

}

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