안드로이드 메인 스레드(Android Main Thread 또는 UI Thread)

안드로이드 어플리케이션이 실행되면 안드로이드 시스템은 하나의 실행 스레드로 어플리케이션의 프로세스를 실행합니다. 

어플리케이션의 구성 요소가 생성될 때 별도의 스레드가 생성되는 것은 아니며 앞서 말한 하나의 실행 스레드에서 실행됩니다. 이 스레드를 Main thread라고 합니다.

안드로이드 시스템에 의해 생성된 이 Main thread는 화면 구성에 관한 역할을  담당합니다.  

예를 들어 Button, CheckBox, TextView 등의 UI도구 키트 구성 요소를 생성 및 조작하였을 때 상호작용하는 스레드가 Main Thread입니다. 

그래서 Main thread를 UI thread라고도 합니다.  

Main thread에 대해서 좀더 이야기하기 전에 우리가 만든 어플리케이션에서 main thread가 존재하고 있는 모습을 잠시 보도록 하겠습니다.

안드로이드 스튜디오를 열어 Empty Activity를 추가하고 별도의 코드 추가없이 빌드 한 후 APK를 실행해 보았습니다. 

이 때 adb shell 명령어를 사용하여 실행된 APK의 스레드를 출력해보면 아래와 같습니다.(ps PID -t)

붉은 박스로 표시된 부분이 main thread입니다. 참고로 실행된 APK는 PID 26914, main thread TID 26914입니다.

그리고 프로세스간 통신을 위해 사용되는 바인더 스레드와 그외 런타임 내부 스레드들이 존재합니다. 

안드로이드 시스템은 빈 액티비티만 존재하는 어플리케이션일지라도 이렇게 여러 스레드들을 기본적으로 생성하고 있습니다.

바인더 스레드와 그외 내부 스레드라고 표시한 부분을 아는 것도 필요하겠지만 지금은 main thread에 초점을 맞추도록 하겠습니다.

Main thread에 대해서 좀더 알아보겠습니다. 

어플리케이션을 실행했을 때, 버튼을 누르거나 화면터치를 했는데 반응성(응답성)이 떨어진다면 사용자는 답답함을 느낄 것입니다.

그리고 간혹  ANR이 발생하여 어플리케이션이 강제 종료되는 것을 본 경험도 있을 것입니다.

반응성은 Main thread(UI thread)와 실제 작업이 실행되는 스레드간의 관계와 연관이 있습니다.

실제 작업이라고 하면 예를 들어 동영상 다운로드 버튼을 눌렀을 때 "네트워크를 통하여 동영상 데이터를 다운로드 하는 작업"을 의미 할 수 있을 것입니다.

사용자가 다운로드 버튼을 누르면 동영상 데이터 다운로드가 시작될 것입니다. 

만약 개발자가 데이터를 다운로드하는 작업을 Main Thread(UI thread) 에 구현하였다면 다운로드가 완료될 때까지 화면은 멈추어있는 것처럼 보일것입니다.

이런것들이 어플리케이션의 반응성을 떨어지게 만들고 사용자는 답답함을 느끼게 됩니다.

반응성 좋은 어플리케이션을 만드려면 시간이 오래걸리는 작업은 main thread에 구현하지 않고 별도의 스레드에서 동작하도록 구현하면 됩니다.

그리고 안드로이드 UI 도구 키트는 스레드로부터 세이프하지 않습니다. 

그렇기 때문에 UI thread가 아닌 스레드(직접 생성한 별도의 스레드)에서는 UI 구성요소를  조작하는 것은 허용되지 않습니다. ( 스레드 세이프 하다는 의미는 여러 스레드에서 동시에 사용해도 정상적으로 동작한다는 의미입니다)

그렇다면 UI 구성 요소는 모두 UI thread에서 조작되어야 하고 결국은 UI 입장에서는 보면 UI 동작은 단일 스레드로 동작하는 구조가 됩니다. 

따라서 UI thread에서 시간이 오래 걸리는 작업을 수행하는 것은 그 작업이 수행되는 동안 UI업데이트가 지연(또는 차단)되고 있다는 것을 의미합니다.

이런 이유로 시간이 오래 걸리는 작업은 별도의 스레드를 생성하여 UI thread로 부터 분리해야 반응성이 좋은 프로그램을 만들 수 있습니다.

다시 말하면 오래 걸리는 작업을 별도의 스레드를 생성한 후 그 스레드에서 동작시키면 됩니다.

위에서 이야기했던, 안드로이드 스레드 사용시 유의 사항을 정리하면 다음의 2가지 입니다.

1. 시간이 오래 걸리는 작업은 UI 스레드로 부터 분리하고 별도의 스레드에서 실행함으로써 UI 스레드 작업이 지연(또는 차단)되는 것을 방지합니다 .

2. UI 스레드가 아닌 스레드에서는 UI 구성 요소를 조작하지 않습니다.

지금부터는 1번, 2번 사항에 대해서 예제 코드로 하나씩 살펴보도록 하겠습니다.

예제 코드는 "Download" 버튼과 "Cancel" 버튼이 존재합니다. "Download" 버튼을 누르면 1초에 한번씩 다운로드 상태로그를 출력하도록 하였습니다. 

예제 코드에서는 단순히 로그를 출력하는 것이지만 실제로 데이터를 다운로드한다고 가정해도 좋습니다.(예제 코드니까요)

그리고 "Cancel" 버튼을 누르면 취소되었다는 로그를 출력합니다. 

이것 역시 실제로는 다운로드를 취소한다고 가정합니다.

그럼 예제 코드를 보겠습니다.

public class MainActivity extends Activity {
    private String TAG = "AndroidThread";
    private Button mDownloadButton;
    private Button mCancelButton;
    private Download mDownload;
    private boolean isDownloading = false;

    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);
        mDownloadButton = (Button)findViewById(R.id.button_download);
        mCancelButton = (Button)findViewById(R.id.button_cancel);
    }

    public void onDownload(View view) {  // Download 버튼 누르면 호출되는 함수
        Log.d(TAG, "Press Download button");
        isDownloading = true;

        for(int i=1;i<=10;i++) { // 데이터 다운로드 작업(사실은 단순 로그 출력입니다^^)

            if (!isDownloading) {
                break;
            }
            try {
                Thread.sleep(1000);
                Log.d(TAG, "Downloading ..." + i*10 + "%");
            } catch (InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
        }

        isDownloading = false;
    }

    public void onCancel(View view) { // Cancel 버튼 누르면 호출되는 함수
        Log.d(TAG, "Press Cancel button");
        isDownloading = false;
    }
}

아래 로그는 "Download" 버튼을 한번 눌렀을 때 출력되는 로그입니다.

22509-22509를 보아 PID22509 TID22509 이므로 main thread에서 다운로드 작업이 동작하고 있음을 알 수 있습니다.

별도의 스레드 생성없이 다운로드 코드를 작성하였기 때문에 당연한 결과입니다.

12-06 14:28:02.530 22509-22509/com.example.codetravel.androidthread D/AndroidThread: Press Download button 12-06 14:28:03.537 22509-22509/com.example.codetravel.androidthread D/AndroidThread: Downloading ...10% 12-06 14:28:04.541 22509-22509/com.example.codetravel.androidthread D/AndroidThread: Downloading ...20% 12-06 14:28:05.545 22509-22509/com.example.codetravel.androidthread D/AndroidThread: Downloading ...30% 12-06 14:28:06.548 22509-22509/com.example.codetravel.androidthread D/AndroidThread: Downloading ...40% 12-06 14:28:07.549 22509-22509/com.example.codetravel.androidthread D/AndroidThread: Downloading ...50% 12-06 14:28:08.552 22509-22509/com.example.codetravel.androidthread D/AndroidThread: Downloading ...60% 12-06 14:28:09.554 22509-22509/com.example.codetravel.androidthread D/AndroidThread: Downloading ...70% 12-06 14:28:10.555 22509-22509/com.example.codetravel.androidthread D/AndroidThread: Downloading ...80% 12-06 14:28:11.557 22509-22509/com.example.codetravel.androidthread D/AndroidThread: Downloading ...90% 12-06 14:28:12.560 22509-22509/com.example.codetravel.androidthread D/AndroidThread: Downloading ...100%

어쨌든 다운로드는 100% 완료되었습니다.

이번에는 "Download" 버튼을 누른 후, 바로 "Cancel"  버튼을 2~3번 정도 눌러 보겠습니다.

아래와 그림처럼  ANR(Application Not Responding) 다이얼로그가 발생하였습니다.

사용자가 "Cancel" 버튼을 눌렀지만 5초 이상 UI가 멈춰있었기 때문에 안드로이드 시스템에서 발생시킨 에러 다이얼로그입니다.

반응성(응답성)이 좋지못한 어플리케이션의 사례가 되겠습니다.

로그를 통해 좀더 자세히 보겠습니다.

60% 다운로드 로그 출력 이후에 ANR 로그가 생성된 것을 볼 수 있습니다.

5.7초 정도 서스펜드되었다는 로그도 함께 보입니다.

그리고 "Download" 버튼을 누른 직후 "Cancel" 버튼을 바로 눌렀지만 다운로드는 중단 되지 않았습니다.

취소 로그 출력은 다운로드 100% 완료된 후에 찍혔습니다.

이유는 앞에서도 언급했듯이 main thread에서 "Download"와 "Cancel" 버튼 처리와 다운로드 작업을 모두 처리하기 때문에 단일 스레드로 동작하는 구조입니다.

따라서 "Cancel" 버튼보다 먼저 실행된 다운로드 작업이 완료되기 전에는 취소 로그가 출력되지 않는 것입니다.

12-06 14:36:10.170 26810-26810/com.example.codetravel.androidthread D/AndroidThread: Press Download button 12-06 14:36:11.172 26810-26810/com.example.codetravel.androidthread D/AndroidThread: Downloading ...10% 12-06 14:36:12.175 26810-26810/com.example.codetravel.androidthread D/AndroidThread: Downloading ...20% 12-06 14:36:13.176 26810-26810/com.example.codetravel.androidthread D/AndroidThread: Downloading ...30% 12-06 14:36:14.179 26810-26810/com.example.codetravel.androidthread D/AndroidThread: Downloading ...40% 12-06 14:36:15.181 26810-26810/com.example.codetravel.androidthread D/AndroidThread: Downloading ...50% 12-06 14:36:16.185 26810-26810/com.example.codetravel.androidthread D/AndroidThread: Downloading ...60% 12-06 14:36:17.058 26810-26815/com.example.codetravel.androidthread W/art: Suspending all threads took: 5.770ms 12-06 14:36:17.090 26810-26815/com.example.codetravel.androidthread I/art: Wrote stack traces to '/data/anr/traces.txt' 12-06 14:36:17.187 26810-26810/com.example.codetravel.androidthread D/AndroidThread: Downloading ...70% 12-06 14:36:18.189 26810-26810/com.example.codetravel.androidthread D/AndroidThread: Downloading ...80% 12-06 14:36:19.190 26810-26810/com.example.codetravel.androidthread D/AndroidThread: Downloading ...90% 12-06 14:36:20.192 26810-26810/com.example.codetravel.androidthread D/AndroidThread: Downloading ...100% 12-06 14:36:20.228 26810-26810/com.example.codetravel.androidthread D/AndroidThread: Press Cancel button

ANR을 회피하고 반응성 좋은 프로그램을 만들기 위해서 1번 사항인 시간이 오래 걸리는 작업은 UI thread로 부터 분리하라 는 의미를 알 수 있었습니다.

별도의 스레드를 생성하여 다운로드 작업(오래걸리는 작업)을 UI 스레드에서 분리하도록 하겠습니다.

public class MainActivity extends Activity {
    private String TAG = "AndroidThread";
    private Button mDownloadButton;
    private Button mCancelButton;
    private Download mDownload;
    private boolean isDownloading = false;
    @Override
    protected void onCreate(Bundle savedInstanceState) {
        super.onCreate(savedInstanceState);
        setContentView(R.layout.activity_main);
        mDownloadButton = (Button)findViewById(R.id.button_download);
        mCancelButton = (Button)findViewById(R.id.button_cancel);
    }

    public void onDownload(View view) {
        Log.d(TAG, "Press Download button");
        isDownloading = true;
        mDownload = new Download();  // Download 스레드 생성
        mDownload.start();  // Download 스레드 시작
    }

    public void onCancel(View view) {
        Log.d(TAG, "Press Cancel button");
        isDownloading = false;
    }

    public class Download extends Thread{  // 다운로드 작업을 위한 스레드입니다.

        @Override
        public void run() {
            for(int i=1;i<=10;i++) { // 이제 다운로드 작업은 Download 스레드에서 동작합니다.

                if (!isDownloading) {
                    break;
                }
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                    Log.d(TAG, "Downloading ..." + i*10 + "%");
                } catch (InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
            }
            isDownloading = false;
        }
    }
}

이번에는 "Download"버튼을 누르고 약 3초 후에 "Cancel"버튼 3~4번  눌러보겠습니다.

취소 버튼을 누른 후에 다운로드가 중지되는 것을 볼 수 있습니다.

이렇게 취소 버튼이 바로 실행될 수 있는 이유는 다운로드 작업이 TID13679 스레드에서 동작하고 있기 때문입니다.

이제 이 프로그램은 main thread와 별도로 생성한 스레드가 멀티로 동작하는 프로그램입니다.

12-06 15:20:23.709 13571-13571/com.example.codetravel.androidthread D/AndroidThread: Press Download button 12-06 15:20:24.721 13571-13679/com.example.codetravel.androidthread D/AndroidThread: Downloading ...10% 12-06 15:20:25.723 13571-13679/com.example.codetravel.androidthread D/AndroidThread: Downloading ...20% 12-06 15:20:26.725 13571-13679/com.example.codetravel.androidthread D/AndroidThread: Downloading ...30% 12-06 15:20:27.437 13571-13571/com.example.codetravel.androidthread D/AndroidThread: Press Cancel button 12-06 15:20:27.727 13571-13679/com.example.codetravel.androidthread D/AndroidThread: Downloading ...40% 12-06 15:20:27.914 13571-13571/com.example.codetravel.androidthread D/AndroidThread: Press Cancel button 12-06 15:20:28.298 13571-13571/com.example.codetravel.androidthread D/AndroidThread: Press Cancel button 12-06 15:20:28.765 13571-13571/com.example.codetravel.androidthread D/AndroidThread: Press Cancel button 12-06 15:20:29.171 13571-13571/com.example.codetravel.androidthread D/AndroidThread: Press Cancel button

이전보다 반응성이 좋아진 것을 확인할 수 있었습니다.

UI 편의성을 위해서 한가지 기능을 더 추가해 보겠습니다.

다운로드가 완료되면 "Download"버튼의 텍스트를 "Downloaded"으로 바꿔 보도록 하겠습니다

추가된 코드는 아래와 같습니다.

public class Download extends Thread {

        @Override
        public void run() {
            for(int i=1;i<=10;i++) {

                if (!isDownloading) {
                    break;
                }
                try {
                    Thread.sleep(1000);
                    Log.d(TAG, "Downloading ..." + i*10 + "%");

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

                if(i == 10) {
                    mDownloadButton.setText("Downloaded"); // 다운로드가 완료되면 버튼의 텍스트를 Downloaded로 변경
                }
            }

            isDownloading = false;
        }
    }

이제 실행해보면 "Unfortunately, AndroidThread has stopped." 라는 에러 팝업을 발생시키면서 어플리케이션은 종료됩니다.

아래의  로그에서와 같이 Exception이 발생하였습니다.

12-06 15:31:12.849 18227-18227/com.example.codetravel.androidthread D/AndroidThread: Press Download button 12-06 15:31:13.863 18227-18307/com.example.codetravel.androidthread D/AndroidThread: Downloading ...10% 12-06 15:31:14.864 18227-18307/com.example.codetravel.androidthread D/AndroidThread: Downloading ...20% 12-06 15:31:15.865 18227-18307/com.example.codetravel.androidthread D/AndroidThread: Downloading ...30% 12-06 15:31:16.866 18227-18307/com.example.codetravel.androidthread D/AndroidThread: Downloading ...40% 12-06 15:31:17.869 18227-18307/com.example.codetravel.androidthread D/AndroidThread: Downloading ...50% 12-06 15:31:18.871 18227-18307/com.example.codetravel.androidthread D/AndroidThread: Downloading ...60% 12-06 15:31:19.873 18227-18307/com.example.codetravel.androidthread D/AndroidThread: Downloading ...70% 12-06 15:31:20.876 18227-18307/com.example.codetravel.androidthread D/AndroidThread: Downloading ...80% 12-06 15:31:21.879 18227-18307/com.example.codetravel.androidthread D/AndroidThread: Downloading ...90% 12-06 15:31:22.883 18227-18307/com.example.codetravel.androidthread D/AndroidThread: Downloading ...100% 12-06 15:31:22.883 18227-18307/com.example.codetravel.androidthread E/AndroidRuntime: FATAL EXCEPTION: Thread-204                                Process: com.example.codetravel.androidthread, PID: 18227                                android.view.ViewRootImpl$CalledFromWrongThreadException: Only the original thread that created a view hierarchy can touch its views.                                at android.view.ViewRootImpl.checkThread(ViewRootImpl.java:6556)                                at android.view.ViewRootImpl.invalidateChildInParent(ViewRootImpl.java:942)                                at android.view.ViewGroup.invalidateChild(ViewGroup.java:5081)                                at android.view.View.invalidateInternal(View.java:12713)                                at android.view.View.invalidate(View.java:12677)                                at android.view.View.invalidate(View.java:12661)                                at android.widget.TextView.checkForRelayout(TextView.java:7159)                                at android.widget.TextView.setText(TextView.java:4342)                                at android.widget.TextView.setText(TextView.java:4199)                                at android.widget.TextView.setText(TextView.java:4174)                                at com.example.codetravel.androidthread.MainActivity$Download.run(MainActivity.java:53)

CalledFromWrongThreadException 이 발생하였습니다.

그리고 "Only the original thread that created a view hierarchy can touch its views" 라고 부연 설명을 해줍니다.

직역하면 뷰 계층 구조를 만든 원래 스레드(main thread)만 해당 뷰를 조작할 수 있다는 의미입니다.

안드로이드 시스템은 setText()함수를 실행하고 있는 스레드가 main thead인지 검사하였고

이를 위반 하였기 때문에 런타임 에러를 발생시킨 것입니다.

위 로그를 보면 TID18037 setText() 함수가 실행되었습니다. main thread인 TID18227 에서 실행되어야 합니다.

이제서야 UI 구성요소는 main thread(UI thread) 에서만 동작시켜야 한다는 2번 사항이 떠오릅니다.

그렇다면 이 문제를 해결할 수 있는 방법은 무엇일까요?

setText() 함수 호출같은 UI구성 키트 조작을 main thread에서 동작하도록 해줘야 합니다.

안드로이드에서는 다양한 방법으로 이것을 지원하고 있습니다.

1.  Activity.runOnUiThread(Runnable) 사용

2. View.post(Runnable) 사용

3. AsyncTask 사용

다음 포스팅에서 위의 3가지 방법을 하나씩 살펴봄으로써 CalledFromWrongThreadException 에러를 해결해보고

어떻게 UI구성 요소를 main thread에서 조작하는지 알아보도록 하겠습니다.