Written by xi-jjun
on July 25, 2021

JVM Thread vs Application Thread

Java의 Thread 개수에 대하여

Java를 공부하던 중에 궁금한 것이 생겨서 찾아보게 됐다.

Java에서 코드가 실행될 때 thread는 main thread 1개인가?

결론은 관점에 따라 다르다는 것이다.

Java System 관점 (JVM 관점)

JVM관점에서라고 생각해도 될 것 같다. 오라클에서 제공하는 Java공식 문서 를 참고하였다.

내가 궁금증이 생겼던 이유이기도 하다. 해당 StackOverflow 글 의 질문을 보면,

Recently I’ve been learning more about thread and I was wondering why the resource monitor shows always 19 threads running for the Java process.

Now my questions are:

Is this the VM using 19 threads?

여러개의 Thread가 JVM에서 동작하고 있음을 발견하고 이게 무엇인지 질문한 것이다. 이것에 대한 답변도 해당 글 에 있지만 공식 문서 를 한번 더 참고하여 정확히 알아봤다.

Every application has at least one thread — or several, if you count “system” threads that do things like memory management and signal handling.

공식 문서 의 마지막 부분을 보면 위와 같은 글이 적혀있다. 모든 Java application은 적어도 1개의 또는 여러개의 thread를 갖고 있다는 것이다. 근데 “여러개의 thread를 가진다” 라고 생각할 경우에는 System Thread까지 카운팅 한다면을 가정했을 때 라는 것이다. 과연 이 System Thread 라는 것은 뭘까?

Java System Thread

Java에는 코드만 실행되는 것이 아니라 memory management나 signal handling하는 System thread도 있다고 위에서 언급됐다. JVM이 실행되고, 우리가 작성한 메인 코드가 실행되면서 GC, JIT Compiler 과 같은 Thread가 생성되는데 이를 Java System Thread라고 한다.

Verification

jstack이라는 프로그램을 사용해서 Java code가 실행될 때 어떤 Thread가 생성되는지 알아볼 것이다. 3가지 단계로 검증을 진행할 것이다.

Java 코드 실행. FactorialTest.class 코드를 실행. (이미 컴파일된 상태의 binary code이다)

// FactorialTest.java source code
import java.util.Scanner;
   
public class FactorialTest {
    public static void main(String[] args) {
        Scanner scan = new Scanner(System.in);
        Factorial fact = new Factorial(); // no static declare
        int number = scan.nextInt();
        int num = fact.func(number);
        System.out.println(num);
    }
}

int number = scan.nextInt() 줄에서 코드는 shell에 사용자의 입력을 받기 전까지 기다려야 한다.

shell에 사용자의 입력을 넣지 않고 Interrupt가 걸리게끔 만들었으니, ps명령어를 사용하여 현재 동작하고 있는 process의 PID를 찾아보자.
```
➜  ~ ps
  PID TTY           TIME CMD
  992 ttys000    0:02.69 -zsh
23768 ttys000    0:00.56 /usr/bin/java FactorialTest
23739 ttys002    0:00.07 -zsh
```
현재 동작하고 있는 Java binary code의 process ID를 알아냈다. -> 23768

jstack -l [PID]명령어를 사용하여 해당 PID에 대한 Thread를 볼 수 있다. ~~알지못할 것들이 엄청 나왔다….~~

➜  ~ jstack -l 23768
2021-07-25 20:35:04
Full thread dump OpenJDK 64-Bit Server VM (25.292-b10 mixed mode):
   
"Attach Listener" #10 daemon prio=9 os_prio=31 tid=0x00000001400d3800 nid=0x3c0f waiting on condition [0x0000000000000000]
   java.lang.Thread.State: RUNNABLE
   
   Locked ownable synchronizers:
	- None
   
"Service Thread" #9 daemon prio=9 os_prio=31 tid=0x00000001400be800 nid=0x4603 runnable [0x0000000000000000]
   java.lang.Thread.State: RUNNABLE
   
   Locked ownable synchronizers:
	- None
   
"C1 CompilerThread3" #8 daemon prio=9 os_prio=31 tid=0x000000011f808800 nid=0x4703 waiting on condition [0x0000000000000000]
   java.lang.Thread.State: RUNNABLE
   
   Locked ownable synchronizers:
	- None
   
"C2 CompilerThread2" #7 daemon prio=9 os_prio=31 tid=0x000000013f851000 nid=0x4403 waiting on condition [0x0000000000000000]
   java.lang.Thread.State: RUNNABLE
   
   Locked ownable synchronizers:
	- None
   
"C2 CompilerThread1" #6 daemon prio=9 os_prio=31 tid=0x000000013f848800 nid=0x4903 waiting on condition [0x0000000000000000]
   java.lang.Thread.State: RUNNABLE
   
   Locked ownable synchronizers:
	- None
   
"C2 CompilerThread0" #5 daemon prio=9 os_prio=31 tid=0x000000013f846800 nid=0x4203 waiting on condition [0x0000000000000000]
   java.lang.Thread.State: RUNNABLE
   
   Locked ownable synchronizers:
	- None
   
"Signal Dispatcher" #4 daemon prio=9 os_prio=31 tid=0x0000000140070000 nid=0x4103 runnable [0x0000000000000000]
   java.lang.Thread.State: RUNNABLE
   
   Locked ownable synchronizers:
	- None
   
"Finalizer" #3 daemon prio=8 os_prio=31 tid=0x000000013f837800 nid=0x3503 in Object.wait() [0x00000001713e6000]
   java.lang.Thread.State: WAITING (on object monitor)
	at java.lang.Object.wait(Native Method)
	- waiting on <0x0000000795588ef0> (a java.lang.ref.ReferenceQueue$Lock)
	at java.lang.ref.ReferenceQueue.remove(ReferenceQueue.java:144)
	- locked <0x0000000795588ef0> (a java.lang.ref.ReferenceQueue$Lock)
	at java.lang.ref.ReferenceQueue.remove(ReferenceQueue.java:165)
	at java.lang.ref.Finalizer$FinalizerThread.run(Finalizer.java:216)
   
   Locked ownable synchronizers:
	- None
   
"Reference Handler" #2 daemon prio=10 os_prio=31 tid=0x000000014003d000 nid=0x3403 in Object.wait() [0x00000001711da000]
   java.lang.Thread.State: WAITING (on object monitor)
	at java.lang.Object.wait(Native Method)
	- waiting on <0x0000000795586c08> (a java.lang.ref.Reference$Lock)
	at java.lang.Object.wait(Object.java:502)
	at java.lang.ref.Reference.tryHandlePending(Reference.java:191)
	- locked <0x0000000795586c08> (a java.lang.ref.Reference$Lock)
	at java.lang.ref.Reference$ReferenceHandler.run(Reference.java:153)
   
   Locked ownable synchronizers:
	- None
   
"main" #1 prio=5 os_prio=31 tid=0x000000013f80c800 nid=0x1603 runnable [0x000000016fd62000]
   java.lang.Thread.State: RUNNABLE
	at java.io.FileInputStream.readBytes(Native Method)
	at java.io.FileInputStream.read(FileInputStream.java:255)
	at java.io.BufferedInputStream.read1(BufferedInputStream.java:284)
	at java.io.BufferedInputStream.read(BufferedInputStream.java:345)
	- locked <0x000000079559c560> (a java.io.BufferedInputStream)
	at sun.nio.cs.StreamDecoder.readBytes(StreamDecoder.java:284)
	at sun.nio.cs.StreamDecoder.implRead(StreamDecoder.java:326)
	at sun.nio.cs.StreamDecoder.read(StreamDecoder.java:178)
	- locked <0x00000007955ed5d0> (a java.io.InputStreamReader)
	at java.io.InputStreamReader.read(InputStreamReader.java:184)
	at java.io.Reader.read(Reader.java:100)
	at java.util.Scanner.readInput(Scanner.java:804)
	at java.util.Scanner.next(Scanner.java:1483)
	at java.util.Scanner.nextInt(Scanner.java:2117)
	at java.util.Scanner.nextInt(Scanner.java:2076)
	at FactorialTest.main(FactorialTest.java:7)
   
   Locked ownable synchronizers:
	- None
   
"VM Thread" os_prio=31 tid=0x000000013f835000 nid=0x5003 runnable 
   
"ParGC Thread#0" os_prio=31 tid=0x000000014000e800 nid=0x1e07 runnable 
   
"ParGC Thread#1" os_prio=31 tid=0x000000013f80e800 nid=0x1d03 runnable 
   
"ParGC Thread#2" os_prio=31 tid=0x000000013f817000 nid=0x2b03 runnable 
   
"ParGC Thread#3" os_prio=31 tid=0x0000000140015800 nid=0x5403 runnable 
   
"ParGC Thread#4" os_prio=31 tid=0x000000013f818000 nid=0x2e03 runnable 
   
"ParGC Thread#5" os_prio=31 tid=0x000000013f818800 nid=0x3003 runnable 
   
"ParGC Thread#6" os_prio=31 tid=0x0000000140016000 nid=0x5203 runnable 
   
"ParGC Thread#7" os_prio=31 tid=0x000000013f819800 nid=0x3203 runnable 
   
"VM Periodic Task Thread" os_prio=31 tid=0x000000013f83c000 nid=0x5603 waiting on condition 
   
JNI global references: 5

너무 길기도 하고 정확히 무엇이다! 라고 하기엔 나의 지식이 너무 짧은 것 같다. 최대한 해석해보도록 하겠다.

"main" #1 prio=5 os_prio=31 tid=0x000000013f80c800 nid=0x1603 runnable [0x000000016fd62000]
   java.lang.Thread.State: RUNNABLE
	at java.io.FileInputStream.readBytes(Native Method)
	at java.io.FileInputStream.read(FileInputStream.java:255)
	at java.io.BufferedInputStream.read1(BufferedInputStream.java:284)
	at java.io.BufferedInputStream.read(BufferedInputStream.java:345)
	- locked <0x000000079559c560> (a java.io.BufferedInputStream)
	at sun.nio.cs.StreamDecoder.readBytes(StreamDecoder.java:284)
	at sun.nio.cs.StreamDecoder.implRead(StreamDecoder.java:326)
	at sun.nio.cs.StreamDecoder.read(StreamDecoder.java:178)
	- locked <0x00000007955ed5d0> (a java.io.InputStreamReader)
	at java.io.InputStreamReader.read(InputStreamReader.java:184)
	at java.io.Reader.read(Reader.java:100)
	at java.util.Scanner.readInput(Scanner.java:804)
	at java.util.Scanner.next(Scanner.java:1483)
	at java.util.Scanner.nextInt(Scanner.java:2117)
	at java.util.Scanner.nextInt(Scanner.java:2076)
	at FactorialTest.main(FactorialTest.java:7)

main thread가 생성된 것을 알 수 있었다. 맨 마지막 줄을 보면 FactorialTest.java:7라고 돼있는데 내가 작성한 코드의 7번째 줄은 Scanner로 사용자의 입력을 기다리는 코드였다. 따라서 main thread는 현재 저 부분에서 멈춰있다는 것이다.

그 외로는 JVM의 여러 thread인 Finalizer나 Reference Handler같은 thread가 생성되어 동작하고 있는 것을 볼 수 있었다.

결론 : JVM관점에서는 JVM을 위해 딱 봐도 많은 thread가 생성된다.

Application Programmer의 관점

Java공식 문서를 참고하여 작성했다.

From the application programmer’s point of view, you start with just one thread, called the main thread.

문서의 마지막 부분을 보면 위와 같은 말이 있다.

결론 : 결국 programmer 관점에서 본다면, thread는 main thread 1개가 동작하고 있음을 알 수 있다.

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