자바 스레드 동기화

 

자바 스레드 동기화: 심층 다이빙 (자바, 멀티스레딩, 동기화, synchronized, Lock, Condition, 경쟁 조건, 임계 영역, wait, notify)

왜 자바 스레드 동기화가 필요한가요?

자바와 같은 멀티스레딩 환경에서는 여러 스레드가 동시에 실행되면서 공유 자원에 접근하게 됩니다. 이때, 여러 스레드가 동시에 공유 자원을 변경하려고 하면 예상치 못한 결과가 발생할 수 있는데, 이를 경쟁 조건이라고 합니다.

예를 들어, 두 개의 스레드가 같은 계좌의 잔액을 동시에 증가시키려고 한다고 가정해 봅시다. 각 스레드는 잔액을 읽고, 100을 더한 후, 새로운 잔액을 저장하는 작업을 수행합니다. 하지만 두 스레드가 동시에 잔액을 읽으면, 두 스레드 모두 같은 값을 읽을 수 있습니다. 그리고 각 스레드가 100을 더한 후 새로운 잔액을 저장하면, 잔액이 100만큼만 증가하게 됩니다. 이는 두 스레드가 각각 100씩 증가시켰기 때문에 발생하는 오류입니다.

경쟁 조건을 방지하기 위해서는 스레드 간의 동작을 적절히 조절하여 한 번에 하나의 스레드만 공유 자원에 접근할 수 있도록 해야 합니다. 이것이 바로 스레드 동기화의 목적입니다.

자바 스레드 동기화의 핵심 개념

• 임계 영역 (Critical Section): 여러 스레드가 동시에 접근해서는 안 되는 공유 자원에 대한 접근 코드 부분을 의미합니다.
• 상호 배제 (Mutual Exclusion): 한 번에 하나의 스레드만 임계 영역에 들어갈 수 있도록 하는 것을 의미합니다.
• 동기화 (Synchronization): 스레드 간의 실행 순서를 조절하여 경쟁 조건을 방지하는 것을 의미합니다.

자바에서 제공하는 동기화 메커니즘

1. synchronized 키워드

• 메서드 레벨: 메서드 전체를 임계 영역으로 만들어 한 번에 하나의 스레드만 메서드를 호출할 수 있도록 합니다.
• 블록 레벨: 특정 코드 블록을 임계 영역으로 만들어 해당 블록에 대한 접근을 제어합니다.

public class Counter {
    private int count = 0;

    public synchronized void increment() {
        count++;
    }
}

 

2. Lock 인터페이스

• synchronized 키워드보다 더 세밀한 제어가 가능합니다.
• ReentrantLock 클래스를 주로 사용하며, lock() 메서드로 락을 획득하고 unlock() 메서드로 락을 해제합니다.
• tryLock() 메서드를 사용하여 락을 획득하려고 시도하고, 획득하지 못하면 바로 반환하거나 일정 시간 동안 기다릴 수 있습니다.

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class Counter {
    private int count = 0;
    private ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    public void increment() {
        lock.lock();
        try {
            count++;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

 

3. Condition 인터페이스

• Lock과 함께 사용하여 스레드를 특정 상태에서 대기시키거나 깨울 수 있습니다.
• await() 메서드로 스레드를 대기시키고, signal() 또는 signalAll() 메서드로 다른 스레드를 깨웁니다.

import java.util.concurrent.locks.Condition;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class ProducerConsumer {
    // ...
    private Condition notEmpty = lock.newCondition();
    // ...
}

 

동기화 시 주의할 점

• 데드락 (Deadlock): 두 개 이상의 스레드가 서로 상대방이 획득한 자원을 기다리면서 영원히 실행되지 않는 상태를 의미합니다.
• 라이브락 (Livelock): 스레드들이 계속해서 상태를 변경하지만 진행되지 않는 상태를 의미합니다.
• 기아 (Starvation): 특정 스레드가 계속해서 다른 스레드에게 자원 할당 기회를 빼앗기는 상태를 의미합니다.

결론

자바 스레드 동기화는 멀티스레딩 환경에서 공유 자원에 대한 안전한 접근을 보장하기 위해 필수적인 기술입니다. synchronized 키워드, Lock 인터페이스, Condition 인터페이스 등 다양한 동기화 메커니즘을 적절히 활용하여 안정적인 멀티스레드 프로그램을 개발할 수 있습니다.

주의: 위 내용은 자바 스레드 동기화의 기본적인 개념을 설명한 것이며, 실제 개발에서는 더욱 복잡하고 다양한 상황을 고려해야 합니다.

더 깊이 있는 학습을 위해서는 다음과 같은 내용을 추가로 학습해 보세요.

• Atomic 클래스: 비교 및 설정(CAS) 연산을 이용하여 간단한 동기화를 수행하는 클래스
• Concurrent Collections: 동시성을 고려하여 설계된 컬렉션 클래스
• ThreadLocal: 각 스레드마다 독립적인 값을 저장하는 변수