예외처리와 스레드

(1)

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예외처리와 스레드

[ 단원 08 ]

(3)

단원 08 예외처리와 스레드

학습목표

❖ 예외와 예외처리를 이해하고 프로그래밍에 활용할 수 있다.

▪

• 에러와 예외의 차이와 클래스 계층구조

▪

• 체크 예외와 비체크 예외의 차이와 처리 방법

▪

• 새로운 예외 클래스의 생성과 사용 방법

❖ 스레드를 이해하고 스레드를 프로그래밍에 활용할 수 있다.

▪

• 다중 작업과 스레드의 이해

▪

• 클래스 Thread를 상속받아 처리하는 스레드 구현

▪

• 인터페이스 Runnable을 구현하여 처리하는 스레드 구현

❖ 스레드 상태와 우선순위, 동기화를 이해하고 프로그래밍에 활용할 수 있다.

▪

• 스레드 상태와 전이 방법

▪

• 스레드 우선순위의 지정 방법

▪

• 스레드에서 자원의 공유 문제와 동기화 처리

▪

• Object의 wait( )와 notify( )를 사용한 동기화

3

(4)

⁴

1. 예외처리 개요

(5)

예외와 에러

❖ 자바에서 오류: 에러(error)와 예외(exception)로 구별

▪

예외

•

자바 프로그램에서 실행 중에 발생할 수 있는 경미한 오류를 예외

•

적절한 처리 모듈을 추가하여 발생한 문제를 복구 가능

•

IndexOutOfBoundsException과 같이 ◯ ◯ ◯ Exception 형태

▪

에러

•

메모리나 내부의 심각한 문제

•

복구가 불가능한 오류인 OutOfMemoryError, InternalError 등

▪

에러와 예외를 모두 객체로 만들어 처리, 관련 클래스 계층 구조

•

클래스 Throwable

– 하부로 예외인 Exception 클래스와 에러인 Error 클래스

•

Exception 클래스 하부

– 다양한 예외를 위한 클래스

5

Section 1 예외처리 개요 p302

(6)

다양한 예외의 발생

❖ 예외가 발생하면

▪

바로 프로그램이 중단되므로 발생한 이후의 프로그램을 실행되지 않음

▪

발생한 예외 클래스의 이름과 예외가 발생한 프로그램 소스와 줄 번호가 표시

▪

NullPointerException

•

실제 변수에 저장된 객체가 null임에도 불구하고 객체의 멤버를 참조하려는 경우 발생

▪

ArrayIndexOutOfBoundsException

•

배열에서 배열의 첨자 범위를 벗어난 첨자 사용

▪

ArithmeticException,

•

0으로 수를 나누려 할 때 발생

▪

ArrayStoreException

•

배열에 잘못된 유형의 객체를 저장하려 할 때 발생

▪

ClassCastException

•

객체를 변환할 수 없는 유형으로 변환하려고 할 때 발생

▪

NegativeArraySizeException

•

배열의 크기를 음수로 지정하는 경우 발생

6

Section 1 예외처리 개요

(7)

실습예제

❖ 8-1, 8-2

7

(8)

예외처리 구문 try

❖ 예외처리(exception handling)

▪

실행 중에 여러 이유로 예상하지 못했던 문제가 발생한 경우 이를 적절히 처리하는 모듈

❖ 예외처리 모듈

▪

try ~ catch ~ finally 문장

•

예외 발생과 상관없이 finally의 블록은 실행

•

catch와 finally 둘 중 하나는 옵션

8

(9)

실습예제

❖ 8-3

▪

try 내부에서 예외가 발생하면

•

더 이상 try 블록 내부의 나머지 문장은 실행하지 않음

9

(10)

catch 처리 순서

❖ 여러 개의 catch 문을 이용하는 경우

▪

프로그램이 실행되는 순간에 예외가 발생하면

▪

여러 개의 catch 문 중에서 위에서부터 순차적으로 catch(ExceptionType var) 문 에서 ExceptionType 인자 유형을 검사

•

발생된 예외의 유형과 일치하거나 하위 클래스이면 먼저 만나는 catch 문 블록만을 실행

▪

주의할 점

•

여러 개의 catch  구문에 기술하는  ExceptionType이  하위 클래스인  

것부터 먼저 catch  블록을 기술

10

(11)

실습예제 8-4

11 ❖

예외 참조 변수인 e를 바로 출력하면 예외 클래스 이름과 메시지가 출력

❖

발생한 예외의 메시지만 알아보려면 e.getMessage() 메소드를 사용

❖

예외 처리를 하지 않은 경우 출력되는 모든 메시지를 보려면 e.printStackTrace() 메 소드를 사용

❖

모든 예외 클래스는 Exception의 하위 클래스이므로 Exception 유형 의 참조변수 catch 블록은 모든 종류의 예외를 처리할 수 있으므로 반드 시 catch 블록의 마지막에 배치

(12)

¹²

2. 체크 예외와 예외 생성

(13)

예외 계층 구조

❖ RuntimeException

▪

그 하부 예외

▪

ArithmeticException, NullPointerException,

ArrayIndexOutOfBoundsException, IndexOutOfBoundsException

13

Section 2 체크 예외와 예외 생성 p308

(14)

비체크 예외와 체크 예외

❖ 비체크 예외(unchecked exception)

▪

RuntimeException과 그 하부 예외가 발생할 가능성이 있는 코드들은 try ~ catch 문이 선택적

•

RuntimeException, ArithmeticException, NullPointerException

❖ 체크 예외(checked exception)

▪

예외 중에서 RuntimeException과 그 하부 예외를 제외한 모든 예외

•

FileNotFoundException

– 존재하지 않는 파일을 처리

•

ClassNotFoundException

– 사용하려는 클래스의 이름을 잘못 기술

•

DataFormatException

– 입력한 데이터의 형식이 잘못

14

Section 2 체크 예외와 예외 생성

(15)

체크 예외

❖ 클래스 Class

▪

클래스 Object의 하위 클래스로 응용 프로그램에서 실행 중인 클래스나 인터페이 스를 대표하는 클래스

▪

Class의 메소드 중에 정적 메소드인 forName(className)

•

인자인 className의 객체를 반환하는 메소드

•

인자인 className의 클래스가 없다면

– ClassNotFoundException 예외를 발생

•

forName(className)을 호출하는 부분에서 반드시 예외처리를 수행

– 아니면 컴파일 에러 발생

15

(16)

실습예제

❖ 8-5

❖ 메소드의 예외 확인

•

메소드 선언을 살펴보면 발생할 수 있는 예외를 알 수 있음

•

발생하는 예외가 체크 예외라면 메소드 호출 부분에서 예외처리가 없으면

– 컴파일 시간에 문법 오류가 발생

16

(17)

체크 예외의 2가지 처리방법

❖ 첫 번째 방법

▪

try~catch 구문 사용 방법

17 public class TryCheckedException {

public static void main(String[] args) {

//메소드 Class.forName()을 사용하려면 반드시 예외처리를 해야 함 try {

System.out.println(Class.forName("java.lang.Object"));

} catch (ClassNotFoundException ex) { System.out.println(ex);

} } }

(18)

¹⁸

❖ 두 번째 방법

▪

예외가 발생될 수 있는 구문이 속한 메소드에서 다시 예외를 전달(propagation) 하는 방법

▪

상위 메소드로 예외처리를 미루는 방법

public class PropagateCheckedException {

//메소드 선언에서 다시 예외 ClassNotFoundException의 발생을 전달

public static void main(String[] args) throws ClassNotFoundException {

//메소드 Class.forName()을 사용하려면 반드시 예외처리를 해야 함

System.out.println(Class.forName("java.lang.Object"));

} }

(19)

예외 클래스 생성과 발생

❖ 새로운 예외 클래스 정의

▪

Exception 을 상속받아 구현

▪

생성자에서 super(msg)로 구현

▪

msg에 저장된 문자열은 메소드  getMessage()에 의해 반환

❖ 생성된 예외의 발생

▪

생성된 예외 클래스는 필요한 경우 예외를 발생(throws) 가능

•

예외를 발생시키는 부분에서는 new MyException("내가 만든 예외")

▪

메소드 선언에서 throws MyException을 기술

•

발생되는 예외가 여러 개라면 여러 예외 유형을 쉼표로 구분하여 기술

19

(20)

실습예제 : 새로운 예외의 처리

❖ 8-9

▪

super(msg)를  구현하지 않았다면

•

getMessage()는  null을 반환

20

(21)

²¹

3. 스레드 개요

(22)

스레드(thread)

❖ 프로그램 내에서 실행되는 프로그램 제어 흐름

▪

프로그램의 내부의 실행 흐름인 스레드를 여러 개 만들 수 있다면

•

여러 일을 동시에 처리하는 듯한 느낌

22

Section 3 스레드 개요 p314

(23)

다중 작업과 다중 스레드

❖ 다중 스레드(multi-thread) 프로그램

▪

여러 개의 스레드를 이용하는 프로그램

❖ 스레드

▪

가벼운 프로세스(light-process)

▪

장점

•

하나의 프로그램 내부에서 실행되는 스레드 는 프로세스보다 오버헤드가 적으면서 처리 할 작업을 동시에 실행

23

Section 3 스레드 개요

❖ 다중 작업(multi-tasking)

▪

여러 프로그램을 동시에 실행시켜 서 로 이동하면서 작업이 가능

❖ 프로세스(process) 란?

▪

실행되고 있는 프로그램

▪

프로세스마다 고유한 저장공간을 사용 하며 독립적으로 실행

▪

단점

•

여러 프로세스를 실행하려면 프로세스 간의 정보 교환에 많은 시간이 소요

(24)

스레드를 처리하는 첫 번째 방법

❖ 클래스 Thread를 상속받아 구현하는 방법

▪

클래스 Thread를 상속받아 새로운 스 레드를 정의

▪

Thread의 메소드 run()에서 스레드 작업을 재정의

▪

단점

•

다른 클래스를 상속받아야 하는 경우 이용할 수 없음

▪

실행 방법

•

객체를 생성한 후 메소드 start()를 호 출하여 스레드를 시작

– 메소드 start()의 호출에 의해 스레드 에 재정의된 run()이 수행

24

(25)

스레드의 주요 메소드

25

(26)

실습예제 8-10

❖ 1 에서 9까지 출력하는 스레드

26 SimpleThread.java

(27)

스레드 이름 지정과 반환

❖ 이름을 가진 스레드를 생성

▪

메소드 setName()을 사용

❖ 지정된 스레드의 이름을 반환

▪

메소드 getName()을 사용

❖ 스레드를 잠시 멈추게 하려면

▪

sleep(시간)을 이용, 지정된 인자는 천분의 1초

27

(28)

실습예제 8-11

28 class IncThread extends Thread {

//생성자 구현

public IncThread(String name) {

setName(name); //생성자 이름 지정 }

public void run() {

for (int i = 1; i < 5; i++) { try {

sleep(50); // 50/1000 초 대기

System.out.print(getName() + ": " + i);

System.out.println(", 활성화된 스레드 수: " + activeCount());

} catch (Exception e) { e.printStackTrace();

} } } }

class DecThread extends Thread { public void run() {

for (int i = 5; i > 1; i--) try {

sleep(50); // 50/1000 초 대기

, 2000(2초)으로 수정가능

System.out.print(getName() + ": " + i);

System.out.println(", 활성화된 스레드 수: " + activeCount());

} catch (Exception e) { e.printStackTrace();

} }

}

(29)

²⁹

public class ThreadTest {

public static void main(String[] args) {

IncThread inc = new IncThread("증가 스레드");

inc.start();

DecThread dec = new DecThread();

dec.start();

}

(30)

인터페이스 Runnable

❖ 인터페이스 Runnable

▪

추상 메소드 run()으로 구성된 단순한 인터페이스

▪

스레드로 실행하려는 클래스

•

인터페이스 Runnable을 상속받아 메소드 run()에서 스레드 기능을 구현

❖ 클래스 Thread

▪

Thread는 인터페이스 Runnable을 상속받아 메소드 run()을 재정의

30 package java.lang;

public interface Runnable {

public abstract void run();

}

public class Thread implements Runnable {

…

}

(31)

스레드를 처리하는 두 번째 방법

❖ 인터페이스 Runnable의 run( ) 메소드 구현

▪

스레드의 이름 반환

•

Thread.currentThread().getName()을 호출

❖ 스레드를 시작

▪

구현한 스레드의 객체 인자로 Thread를 생성

•

스레드 시작 메소드 start()를 호출

31

(32)

실습예제 8-12

32

(33)

³³

4. 스레드 상태와 우선순위

(34)

스레드 상태 6가지

❖ 스레드의 상태

▪

클래스 Thread 내부에 enum State으로 선언

•

스레드는 객체가 생성되면 NEW라는 상태

•

start()가 호출되면 RUNNABLE 상태로 이동

34

Section 4 스레드 상태와 우선순위 p322

(35)

스레드 상태 전이

❖ NEW : 스레드는 객체가 생성되면 이동되는 상태

❖ RUNNABLE : 메소드 start()가 호출되면 이동

❖ TERMINATED : 스레드가 완전히 종료된 상태

▪

더 이상 NEW 또는 RUNNABLE 등의 다른 상태로 전이가 불가능한 상태

❖ BLOCKED, WAITING, TIMED_WEIGHTING

35

Section 4 스레드 상태와 우선순위

(36)

스레드 우선순위

❖ setPriority()

▪

스레드의 우선순위 지정

❖ getPriority()

▪

현재 값을 반환

❖ 스레드의 우선순위

▪

1에서 10까지 지정 가능

36

(37)

실습예제 8-13

❖ 스레드 우선순위는 특별히 지정하지 않으면

▪

상수 NORM_PRIORITY의 값인 5

37 public class ThreadState implements Runnable { public void run() {

for (int i = 1; i < 10; i++) { try {

Thread.sleep(40);

System.out.print(Thread.currentThread().getState() + ",

");

System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":

" + i);

} catch (InterruptedException e) {

System.err.pprintln("InterruptedException이 발생되어 스레드를 종료합니다. ");

return;

} catch (Exception e) { e.printStackTrace();

} } }

public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

System.out.println("스레드의 모든 상태: 6 가지");

for (Thread.State c : Thread.State.values()) System.out.print(c + " ");

System.out.println('\n');

Thread th = new Thread(new ThreadState());

System.out.println("기본 우선순위: " +

th.getPriority());

(38)

³⁸

5. 스레드 동기화

(39)

다중 스레드의 문제

❖ 다중 스레드 상에서 공유 자원의 처리 문제

▪

예상하지 못한 문제 발생 가능성 존재

•

스레드 A가 공유 자료를 처리하는 도중에

•

다른 스레드 B가 그 자료를 처리한다면

– 다중 스레드에서 수행해야 할 작업이 하나의 단위로 처리되지 않아서 발생할 수 있는 문제

39

Section 5 스레드 동기화 p326

(40)

다중 스레드 구현

❖ 은행 계좌 모의 구현

▪

신청한 금액을 인출하는 메소드 withdraw()

▪

신청한 금액을 입금하는 메소드 deposit()

❖ 인터페이스 Runnable을 상속받는 스레드

▪

클래스 SyncTest는 은행계좌 객체 act 하나를 사용하여 20000원 이하의 금액에 대하여

•

입금(deposit)과 출금(withdraw)을 반복 처리

▪

withdraw()는 어떠한 경우에도 잔고가 음수가 발생하지 않도록 의도

•

만일 계좌의 잔고가 0원 미만이면 계좌에 문제가 발생한 것이므로 스레드를 종료

40

Section 5 스레드 동기화

public class SyncTest implements Runnable { BankAccount act = new BankAccount();

public void run() { while (true) {

int amount = new Random().nextInt(10000);

act.deposit(amount);

act.withdraw(amount*2);

if (act.balance < 0) {

System.out.printf("[%s] ", Thread.currentThread().getName());

System.out.println("잔고: " + act.balance + " => 오류 종료");

return;

} } }

…

}

(41)

다중 스레드의 임계 영역

❖ 임계영역(critical section)

▪

다중 스레드에서 하나의 스레드가 배타적(exclusive)으로 공유 자원을 독점하도록 해야 하는 부분

❖ 임계영역의 실례

▪

하나의 스레드가 은행계좌의 인출 메소드 withdraw() 기능을 수행

•

중간에 다른 스레드가 들어와 일을 할 수 없도록 잠금(lock) 장치 필요

•

인출 기능을 모두 수행했다면 다른 스레드가 일을 하도록 잠금 장치를 해지(unlock) 해 야 할 것

▪

즉 다음 소스에서 1, 2, 3 세 개의 문장은 독점적인 실행 필요

41

(42)

동기화

❖ 스레드 동기화(thread synchronization)

▪

다중 스레드에서 임계영역의 독점적 처리 해결 방법

❖ 동기화 방법 크게 2가지

▪

메소드의 동기화

•

메소드의 동기화는 메소드의 지정자인 키워드 synchronized를 기술

▪

블록의 동기화

•

블록의 동기화는 synchronized (Object) {…}

– 여기서 Object는 잠금 장치를 수행하는 객체

42

(43)

은행계좌의 동기화 문제

❖ 임계 영역에서 자원의 공유로 인한 문제

▪

두 스레드 Thread-0와 Thread-1

•

동기화가 구현되지 않은 메소드 withdraw()에서 발생하는 문제

– 두 스레드가 각각 인출을 수행하므로 잔고가 음수가 되는 문제가 발생

43

(44)

⁴⁴

package synchronize;

import java.util.Random;

class BankAccount { int balance = 0;

//메소드 전체의 동기화 처리

public synchronized void withdraw(int money) { if (money > 0 && balance >= money) {

balance -= money;

System.out.printf("%d 인출하여 현재잔고 %d입니다. %n", money, balance);

} else if (balance < money)

System.out.println("잔고가 부족하여 인출할 수 없습니다.");

}

//블록 동기화로 메소드 전체의 동기화 처리

public void deposit(int money) {

synchronized (this) { if (money > 0) {

balance += money;

System.out.printf("%d 입금하여 현재잔고 %d입니다. %n", money, balance);

} } } }

(45)

⁴⁵

public class SyncTest implements Runnable {

BankAccount act = new BankAccount();

public void run() {

//while (true) {

for (int i = 0; i < 3; i++) {

int amount = new Random().nextInt(10000);

amount = amount % 10 * 1000;

System.out.printf("[%s]

금액=%d %n"

, Thread.currentThread().getName(), amount);

act.deposit(amount);

act.withdraw(amount * 2);

if (act.balance < 0) {

System.out.printf("[%s] ", Thread.currentThread().getName());

System.out.println("잔고: " + act.balance + " => 오류 종료");

return;

} } }

public static void main(String[] args) {

Runnable r = new SyncTest();

new Thread(r).start();

} }

(46)

메소드 wait( )와 notify( ), notifyAll( )의 이해

❖ Object 의 메소드 wait()와 notify(), notifyAll()을 사용

▪

스레드 동기화에서 동기화 효율을 높이는 방안

▪

메소드 wait()

•

동기화 블록에서 객체의 특정한 작업을 위해 처리 중인 스레드를 WAITING 또는 TIMED_WAITING 상태로 이동

▪

notify() 또는 notifyAll()

•

다시 스레드 상태를 RUNNABLE로 이동시켜 스레드 작업을 다시 수행 시킴

▪

특징

•

Object 클래스의 메소드이므로 모든 객체에서 사용 가능

•

키워드 synchronized를 사용하는 동기화 내부에서만 사용 가능

46

(47)

메소드 wait( )와 notify( ), notifyAll( )의 사용

❖ 메소드 wait()

❖ notify() 또는 notifyAll()

47

(48)

⁴⁸

package wait;

import java.util.Random;

class BankAccount { intbalance = 0;

intdiff = 0;

publicsynchronizedvoid withdraw(int money) { if (money < 0) {

System.out.println("인출 금액이 잘못됐습니다.");

return;

}int count = 0;

while (balance < money) {

// 지속적으로 잔금이 부족하여 메소드 종료 if (++count > 3) {

System.out.println("잔액이 부족하여 출금처리 못하고 종료합니다.");

return;

}

System.out.printf("%16s", "wait(1000) 호출: ");

System.out.printf("인출요구금액=%6d, balance=%6d %n", money, balance);

try {

// wait();

wait(1000);

}catch (InterruptedException e) { System.err.println(e);

} }

balance -= money;

System.out.printf(" %12s 정상인출금액=%6d, balance=%6d %n", "정상 출금처리:", money,balance);

}

publicsynchronizedvoid deposit(int money) { if (money < 0) {

System.out.println("입금 금액이 잘못됐습니다.");

return;

}balance += money;

System.out.printf("%16s", "notify() 호출: ");

System.out.printf("계좌입금금액=%6d, balance=%6d %n", money, balance);

// notify();

notifyAll();

} }

(49)

⁴⁹

publicclass SyncTest implements Runnable { BankAccountact = new BankAccount();

publicvoid run() {

for (int i = 1; i < 3; i++) {

int amount = (int) (new Random().nextDouble() * 5 + 1) * 10000;

act.deposit(amount);

amount = (int) (new Random().nextDouble() * 5 + 1) * 10000;

act.withdraw(amount);

} }

publicstaticvoid main(String[] args) { Runnable r = new SyncTest();

new Thread(r).start();

} }

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