Java Concurrency

여러 스레드가 같은 객체의 필드를 함께 읽고 쓰면, 각 스레드가 따로 실행될 때는 생기지 않던 오류가 생긴다. Java 튜토리얼은 이 오류를 두 가지로 나눈다. 여러 스레드가 공유 데이터에 접근하면서 연산이 섞이는 스레드 간섭(thread interference)과, 스레드마다 공유 메모리를 서로 다르게 보는 메모리 일관성 오류(memory consistency error)다 (Oracle).

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스레드 간섭이 생기는 이유

c++는 한 줄이지만 한 번에 끝나는 연산이 아니다. 현재 값을 읽고, 1을 더하고, 결과를 다시 쓰는 세 단계로 나뉜다 (Oracle).

class Counter {
    private int c = 0;

    public void increment() { c++; }
    public void decrement() { c--; }
    public int value() { return c; }
}

초기값이 0일 때 스레드 A가 increment(), 스레드 B가 decrement()를 거의 동시에 호출하면 다음 순서가 가능하다.

1. A가 c를 읽는다 (0).
2. B가 c를 읽는다 (0).
3. A가 1을 더해 1을 얻는다.
4. B가 1을 빼서 -1을 얻는다.
5. A가 1을 쓴다.
6. B가 -1을 쓴다.

A의 결과는 B의 쓰기에 덮여 사라진다. 실행할 때마다 순서가 달라지므로 재현이 어렵다.

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동시성을 제어하는 방법

synchronized

메서드나 블록에 synchronized를 붙이면 같은 객체의 모니터 락을 가진 스레드 하나만 그 구간을 실행한다. 튜토리얼은 synchronized 메서드를 스레드 간섭과 메모리 일관성 오류를 함께 막는 단순한 관용구로 소개한다. 대신 한 번에 한 스레드만 실행하므로 병렬성은 줄어든다.

class SynchronizedCounter {
    private int c = 0;

    public synchronized void increment() { c++; }
    public synchronized int value() { return c; }
}

ReentrantLock은 같은 일을 lock()과 unlock() 호출로 명시적으로 한다. 락을 메서드 경계 밖으로 넘기거나 여러 락을 다뤄야 할 때 쓴다.

volatile

volatile 변수에 대한 쓰기는 같은 변수에 대한 이후 읽기와 happens-before 관계를 만든다. 그래서 한 스레드가 쓴 값이 다른 스레드에 항상 보이고, 읽는 쪽은 그 쓰기 이전에 일어난 변경까지 함께 본다 (Oracle). 다만 volatile은 가시성만 보장한다. c++처럼 읽기와 쓰기가 나뉜 연산은 여전히 섞일 수 있으므로, 한 스레드가 쓰고 나머지는 읽기만 하는 플래그 같은 용도에 맞다.

Atomic 클래스

java.util.concurrent.atomic 패키지는 단일 변수에 대한 원자적 연산을 제공한다. 이 클래스들의 get과 set은 volatile 변수의 읽기·쓰기처럼 동작한다 (Oracle).

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

class AtomicCounter {
    private final AtomicInteger c = new AtomicInteger(0);

    public void increment() { c.incrementAndGet(); }
    public int value() { return c.get(); }
}

이 외에도 ConcurrentHashMap 같은 동시성 컬렉션을 쓰거나, 상태가 바뀌지 않는 불변 객체로 설계해 공유 상태 자체를 없애는 방법이 있다.

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주의할 점

• 원자적 연산은 섞이지 않지만, 그것만으로 동기화가 필요 없어지지는 않는다. 튜토리얼은 원자적 접근만 쓰는 방식이 더 효율적인 대신 메모리 일관성 오류를 피하는 책임이 프로그래머에게 더 많이 남는다고 설명한다.
• 원자적 변수 두 개를 차례로 갱신하는 연산은 전체로 보면 원자적이지 않다. 여러 필드를 함께 바꿔야 하면 락으로 묶는다.
• synchronized 범위를 넓게 잡으면 안전하지만 처리량이 떨어진다. 공유 상태를 줄이는 쪽이 먼저다.

참고한 자료외부 출처 5

외부 출처

• [Java] Multi Thread환경에서 동시성 제어를 하는 방법deveric.tistory.com
• SynchronizationOracle Java Tutorials
• Thread InterferenceOracle Java Tutorials
• Atomic AccessOracle Java Tutorials
• Atomic VariablesOracle Java Tutorials