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실행 중인 프로그램.
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스케줄링의 대상이 되는 작업.
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저장소에서 프로그램이 실행되면, 메모리 할당이 이루어지고 할당된 메모리 공간에 바이터리 코드가 올라간다.
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이 순간부터 process.
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process는 하나 이상의 thread가 존재한다.
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process와 유사하지만 다른 thread와 메모리를 공유한다.
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threa별로 register와 stack이 존재한다.
- Thread of Control
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// 동작중인 process 정보를 확인하는 터미널 명령어
ps -ef
UID PID PPID C STIME TTY TIME CMD
0 1 0 0 월11AM ?? 1:06.26 /sbin/launchd
0 79 1 0 월11AM ?? 0:57.35 /usr/libexec/logd
0 80 1 0 월11AM ?? 0:03.72 /usr/libexec/UserEventAgent (System)
0 82 1 0 월11AM ?? 0:01.04 /System/Library/PrivateFrameworks/Uninstall.framework/Resources/uninstalld
0 83 1 0 월11AM ?? 0:59.33 /System/Library/Frameworks/CoreServices.framework/Versions/A/Frameworks/FSEvents.framework/Versions/A/Support/fseventsd
0 84 1 0 월11AM ?? 0:04.84 /System/Library/PrivateFrameworks/MediaRemote.framework/Support/mediaremoted
0 87 1 0 월11AM ?? 0:30.88 /usr/sbin/systemstats --daemon
278 88 1 0 월11AM ?? 0:00.44 /System/Library/PrivateFrameworks/MobileAccessoryUpdater.framework/Support/accessoryupdaterd 120
// 동작중인 thread 정보를 확인하는 터미널 명령어 -> LWP, NLWP 확인 불가.
ps -elf
UID PID PPID F CPU PRI NI SZ RSS WCHAN S ADDR TTY TIME CMD STIME
0 1 0 4004 0 37 0 409088112 21216 - Ss 0 ?? 1:02.92 /sbin/launchd 월11AM
0 79 1 4004 0 37 0 408361280 45152 - Ss 0 ?? 0:55.30 /usr/libexec/log 월11AM
0 80 1 4004 0 31 0 408267872 17152 - Ss 0 ?? 0:03.64 /usr/libexec/Use 월11AM
0 82 1 4004 0 20 0 408058496 3360 - Ss 0 ?? 0:00.99 /System/Library/ 월11AM
0 83 1 1004004 0 50 0 408241760 8800 - Ss 0 ?? 0:56.52 /System/Library/ 월11AM
0 84 1 4004 0 4 0 408269024 23440 - Ss 0 ?? 0:04.84 /System/Library/ 월11AM
0 87 1 4004 0 4 0 408240320 20976 - Ss 0 ?? 0:28.82 /usr/sbin/system 월11AM
278 88 1 4004 0 4 0 408230928 13584 - Ss 0 ?? 0:00.44 /System/Library/ 월11AM
0 89 1 400c 0 31 0 408270976 15968 - Ss 0 ?? 0:25.29 /usr/libexec/con 월11AM
...-
UID - process를 실행한 사용자 ID
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PID - process 식별자
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LWP - process 내에서 thread 식별자
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NLWP - process에서 생성한 thread 개수
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PRI - process 우선 순위
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NI - process의 cpu 자원 우선 순위 (Nice)
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C - CPU 사용량
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SZ - 가상 메모리 사용량
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STIME - process 실행 시간
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TTY - process가 실행된 터미널의 종류와 번호
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ADDR - process의 메모리 주소
Process |
Thread |
프로그램을 실행하기 위한 모든 자원들을 가지고 있어서 무겁다. |
개별로 분리가 가능한 최소한의 자원만 가지고 있다. LWP(Light Weight Process)라고도 한다. |
개별적으로 자원을 가지고 있기 때문에 process간 통신이 느리다. |
공유 메모리를 통해서 thread간 통신이 빠르다. |
메모리가 부족해지면 비황성 process에 낮은 우선순위를 할당해 해당 프로세스를 storage로 swapping 할 수 있다. |
메모리가 부족해지더라도 어떤 관리를 제공하지 않는다. |
멀티 프로그래밍은 Multi Process의 개념을 가지고 있다. |
단일 프로세스는 여러 스레드로 구성되기 때문에 multi thread를 위해서 여러 프로그램을 실행할 필요가 없다. |
process 스위칭은 OS의 인터페이스를 사용한다. |
thread 스위칭은 OS를 호출할 필요가 없고 kernel에 interrupt를 발생시킨다. |
한 프로세스가 Blocked된 상태라면 실행중인 다른 프로세스에 영향을 주지 않는다. |
한 user-level thread Bloack 상태라면 다른 모든 user-level thread는 Block 상태이다. |
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Main Thread에서 작업을 진행한다. 작업은 순차적으로 진행된다.
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하나의 process에 하나의 thread로만 실행한다.
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Context Switchind 작업을 요구하지 않는다.
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동시성 제어에 대한 처리를 신경 쓸 필요가 없다.
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프로그램에 두 개 이상의 동작을 실행한다.
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한 프로세스를 다수의 실행 단위로 구분해 자원을 공유한다.
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자원의 생성과 관리의 중복성을 최소화 할 수 있다.
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수행 능력이 향샹된다.
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시스템에 있는 CPU를 사용하여 프로세스를 한 상태에서 다른 상태로 변경하기 위해서 사용하는 process/method를 나타낸다.
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Context Switching을 통해서 추가 processor없이 한 CPU에서 여러 process들의 요청을 병렬로 처리할 수 있다.
- Trigger로써의 Context Switching
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Interrupt : CPU가 한 disc에서 읽은 data에 대해서 어떤 interruption이 발생한다면 context switching은 자동적으로 더 빨리 interruption을 처리할 수 있는 HW 구성요소로 전환한다.
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Multitasking : 프로세스가 switch될 때 이전 상태가 유지되어 프로세스가 시스템의 동일한 장소에서 계속 실행 된다.
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Kernel/User Switch : user mode와 kernel mode 간 변경이 필요한 경우 OS는 Kernel/User Switch를 사용한다.
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- PCB - Process Control Block
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컴퓨터가 프로세스에 대한 모든 정보를 저장하기 위해서 사용하는 데이터 구조.
- Thread class
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- run() vs start()
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run() : 메소드 호출. 쓰레드 생성 X. 싱글 쓰레드에서 동작.
start() : native 영역에 새로운 Thread가 생성되어 run() 메서드 실행. 멀티쓰레드로 동작.
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Thread 클래스를 확장하여 thread를 생성할 수 있다.
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Thread 클래스 인스턴스는 실행시 개별 thread를 생성하여 동작하므로 하나 이상의 thread를 생성할 수 있다.
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프로그램이 시작되는 main 함수도 하나의 thread로 동작한다.
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Runnable interface를 통해서 thread를 이용할 수 있다.
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Thread class도 Runnable interface의 구현으로 정의.
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Runnable interface는 run() 메소드의 구현만 요규하는 functional interface이다.
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Runnable interface 구현 시 실행을 위해서 별도의 Thread 객체가 필요하다.
Thread thread = new Thread(new RunnableCounter("runnableCounter", 10));
thread.start();-
Runnable interface 구현을 위해 생성한 Thread 객체는 관리가 필요하다.
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생성 후 종료될 때 자동 삭제되도록 한다.
Runnable interface의 run() 메소드 구현이 종료되면 종료된다.
해당 thread를 원하는 시점에 종료시키거나 관련된 정보를 확인하기는 어렵다. -
구현되는 class 내에 Thread 객체를 포함해 관리한다.
구현된 class에서 Thread 객체를 관리하므로, thread 제어와 관련된 처리가 가능해진다. -
Thread Pool을 이용한다.
Thread 객체의 생성과 삭제를 반복하지 않고 이미 생성된 Thread 객체를 이용하므로 자원 활용면에서 좋다.
하지만 Thread 관리에 대한 직접적인 권한이 없기 때문에 제어가 필요한 경우 사용이 제한적이다.
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Extended class vs implement Runnable
Class |
interface |
다중 상속을 지원하지 않으므로 다른 class로의 추가적인 확장이 불가능하다. |
interface에 대한 다중 상속이 지원되고 구현 이후 확장이 가능하다. |
instance 생성 후 바로 실행이 가능하다. |
추가적인 thread 객체가 필요하다. |
별도의 class 정의가 필요하다. |
lamdda로 class를 정의하지 않고 구현이 가능하다. |
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Java의 thread는 start() 메서드로 실행 되지만 별도의 종료 명령이 없다.
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stop() 메서드를 통해서 thread를 종료할 수 있지만 thread를 즉시 종료 시키므로 thread 내부의 자원을 제대로 정리하지 못하게 된다.
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또한 lock 상태에서 종료 시 다른 thread가 해당 자원을 획득하기 위해서 무한히 기다리는 deadlock 상태에 빠질 수 있다.
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Thread를 안전하게 종료하려면 thread 내에서 확인 가능할 수 있도록 상태를 전달해 스스로 종료하도록 해야한다.
- 상태 제어 이용하기
- Interrupt 이용하기
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java Thread class에는 sleep이나 wait 상태일때 외부에서 이벤트를 전달 받을 수 있는 interrupt가 지원된다.
interrupt는 thread class의 상태 정보로 이용되지만 sleep이나 wait 상태에서 exception을 발생 시킬 수 있다.
wait 상태의 thread를 runnable 상태로 변경이 가능하다.
- Race Condition
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여러 thread가 동일한 자원에 동시에 접근하는 경우.
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여러 thread가 동시에 같은 값을 읽어서 결국 한 thread에 의해서 변경된 값은 사라지고 마지막에 쓴 thread의 값이 저장되어 원하는 결과를 얻지 못하는 것.
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- critical section(임계구역)
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동시 접근을 함으로써 문제가 발생할 수 있는 구역. 한 thread가 critical section에 들어가 작업을 진행중이라면 나머지 thread들은 해당 작업이 완료될 때 까지 대기해야 한다.
- Mutual Exclution(상호배제)
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여러 process 혹은 thread가 하나의 공유 자원에 race condition이 발생하는 것을 해결하기 위해 어느 시점에서의 자원에 대한 접근을 하나의 process 혹은 thread로 제한하는 것.
- Deadlock(교착상태)
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mutual exclution 과정에서 자원 접근 권한 획득과 자원 접근 권한 반환 관계의 꼬임으로 발생한다.
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Hold and Wait(점유 대기)
하나의 자원에 대한 접근 권한을 획득한 상태로 다른 자원에 대한 접근 권한을 기다리는 것.
획득하기 위한 접근 권한을 가진 thread나 process가 반환하기 까지 대기해야 한다. -
Circular Wait(순환 대기)
두 개의 process가 서로 다른 process가 가진 접근 권한을 갖기 위해 대기하고 있는 상태. -
Starvation(기아 상태)
다른 process나 thread가 공유 자원의 접근 권한을 지속적으로 가짐으로써 발생한다.
접근 권한을 해제하더라도 운영 방식에 따라서 해당 thread가 접근 권한을 얻지 못하는 경우도 동일하다. -
LiveLock
deadlock 문제를 해결하기 위해 자원 접근 요청 후 일정 시간안에 획득에 실패할 경우 수행을 종료하면서 발생할 수 있다.
두 개의 process가 교착상태를 유지하다 접근 요청을 철회할 때 두 process가 동시에 수행한다면 교착상태는 해결되지만 두 process모두 접근 권한을 확보하지 못해 관련 작업을 수행하지 못하는 결과를 가져온다.
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- instance method 동기화
public synchronized void increment() {...}- static methid 동기화
- code block 동기화
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Synchronized는 method 뿐만 아니라 code block에도 가능하다.
code block 생성 시 lockdmf 설정할 객체가 필요하다.
synchronized method 또는 block에서의 제어.
- wait()
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synchronized 영역에서 lock을 소유한 thread가 자신의 제어권을 양보하고 WAITING 또는 TIMED_WAITING 상태에 들어간다.
Thread에서 wait() 메서드를 호출하기 위해선 lock을 소유한 상태여야 한다.
notify()나 notifyAll() 메서드가 호출되기 전까지 대기 상태를 유지한다. - notify()
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synchronized 영역에서 WAITING 상태에 있는 thread를 다시 RUNNABLE 상태로 변경하는 역할을 한다.
wait() 메서드로 대기 상태에 있던 임의의 Thread가 RUNNABLE 상태가 된다.
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wait, notify, notifyAll 모두 static method가 아닌 instance method이다.
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Note
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중요사항 1. Thread가 synchronized method 또는 block에 들어가면 lock을 획득하고 작업을 완료하면 lock을 해제한다. 2. Thread가 synchronized instance method 또는 block에 들어가면 object 수준 lock을 획득하고 synchronized static method 또는 block에 들어가면 class 수준의 lock을 획득한다. 3. Java synchronization은 synchronized block에 사용된 object가 null 인 경우 null point exception을 발생시킨다. 4. 변수에는 java synchronized keyword를 적용할 수 없다. |
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Note
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이점 1. Multi-Thread java는 multi-thread 언어이므로 동기화는 공유 자원에서 mutual exclution을 달성하는 좋은 방법이다. 2. instance method 및 static method synchronized instance method와 static method는 서로 다른 object를 lock 하는데 사용 되므로 동시에 실행할 수 있다. |
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Note
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제한 사항 1. 동시성 제한 동시 읽기를 허용하지 않는다. 2. 효율성 감소 synchronized method는 매우 느리게 실행되며 성능이 저하될 수 있으니 꼭 필요한 경우에만 사용하고 중요한 섹션에 대해서만 블록을 동기화 해야한다. |
- NEW
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thread가 실행 준비를 완료한 상태. start()를 호출하기 전 상태
Thread 객체가 생성되었지만 실행은 되지 않은 상태. - RUNNABLE
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start()가 호출되어 실행될 수 있는 상태
스케줄러에 의해 실행을 기다리는 상태. - RUNNING
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해당 thread가 동작중인 상태
다른 thread에서 확인이 불가능하다. - WAITING
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다른 thread가 notify할 때 까지 기다리는 상태
Synchronized block에서 wait(), 다른 threa가 종료되길 기다리는 join() - TIMED_WAITING
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정해진 시간동안 기다리는 상태
WAITING과 동일하지만 제한시간 설정이 가능하다. - BLOCKED
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사용하려는 객체의 lock이 풀릴 때 까지 대기하는 상태
Synchronized code block을 다른 thread가 점유하고 있는 경우 해당 점유가 끝날 때 까지 기다린다. - TERMINATED
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실행이 종료된 상태
WAITING VS BLOCKED
WAITING |
BLOCKED |
Thread는 wait() 또는 join()을 호출할 때 WAITING 상태이다. 다른 thread가 notify() 또는 notifyAll()을 호출할 때 까지 해당 상태를 유지한다. |
Thread는 다른 thread로부터 알림을 받지만 아직 object 잠금히 해제 되지 않은 경우이다. |
다른 thread의 notify를 기다리고 있다. |
object의 lock이 해제되길 기다리고 있다. |
WAITING Thread가 중단될 수 있다. |
BLOCKED Thread는 중단될 수 없다. |
- interrupt()
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Thread가 WAITING 상태인 경우 InterruptException을 발생시켜 RUNNABLE 상태로 변경한다.
- notify(), notifyAll()
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wait() 메서드에 의해서 WAITING 상태인 thread를 RUNNABLE 상태로 변경한다.
- sleep(long millis), sleep(long millis, int nanos)
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주어진 시간동안 thread를 TIMED_WAITING 상태로 변경한다. 시간이 지나면 RUNNABLE 상태로 변경된다.
- join(), join(long millis), join(long millis, int nanos)
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join()메서드를 호출한 thread는 join()의 대상이 되는 thread가 종료될 때 까지 대기한다. 시간이 주어진다면 해당 시간동안 대상 thread가 종료되지 않으면 다시 RUNNABLE 상태로 변경한다.
- wait(), wait(long millis), wait(log millis, int nanos)
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Synchronized block에서 thread를 WAITING 상태로 만든다.
- yield()
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RUNNING 상태의 threadsms RUNNABLE 상태가 되고 다른 thread가 동작한다.
thread가 processor에게 현재 사용을 포기할 의향이 있고, 가능한 빠른 시간 내에 다시 예약 되기를 원한다고 scheduler에게 알리는 기능을 한다.
하나의 thread가 프로세서를 과도하게 점유하지 않게 조절할 수 있다.
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일정 시간동안 thread의 실행을 일시 정지하는데 사용한다.
wait() |
sleep() |
thread가 가진 객체의 lock을 해제하고 WAITING 상태가 된다. |
thread가 보유하고 있는 lock과 관련 없이 TIMED_WAITING 상태가 된다. |
notify(), notifyAll()과 함께 Thread의 상태를 제어하는데 사용된다. |
특정 시간동안 thread를 일시정지하는데 사용된다. |
java.lang.Object class의 instance method이다. |
java.lang.Thread class의 class method이다. |
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여러 개의 thread를 만들어 두고 여러 번 재사용 되는 thread 그룹을 나타낸다.
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고정된 크기로 생성된 thread pool에 Runnable 객체를 주고 실행을 요청하면 pool에서 thread를 가져와 실행한다.
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thread pool에 남아 있는 thread가 없으면 해당 작업은 실행 되지 못하고 대기 상태에 있게 된다.
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실행을 완료한 thread는 다시 pool로 돌아온다.
