[자바 멀티쓰레드] 동기화 기법

 

앞에서 멀티쓰레드 환경에서 발생할 수 있는 문제상황들을 알아보았는데, 그렇다면 어떻게 해야 이런 문제상활들을 발생하지 않고 스레드 안전하게 할 수 있을까?

 

자바에서 활용할 수 있는 동기화 기법을 알아보자.

 

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Synchroniztion 키워드 활용

synchroniztion 키워드를 활용하면, 여러 스레드에서 동시에 접근할 수 있는 객체에 Lock방식을 적용해서 하나의 스레드만 접근할 수 있도록 하는 것이다. 즉, 하나의 스레드가 Lock이 걸린 객체를 사용중이라면 다른 객체는 사용할 수 없게 막는 기법이다.

 

아래와 같이 메서드에 하나의 스레드만 접근하도록 막거나, 혹은 임계영역에만 적용시킬 수 도 있다.

// 하나의 스레드만 해당 메서드를 사용할 수 있다.
public synchronized void increment() {
 ...
}

// 메서드의 특정 영역에만 적용할 수 있다.
public void increment() {
	synchronized (this.lock) {
    	count++;
    }
}

 

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원자적 연산

데이터 경쟁상태가 발생할 가능성이 있는지를 잘 확인해야 한다.

count++과같이 3개의 단계로 구성되어있는 연산 말고, 1개의 단계로 구성되는 원자적 연산만 사용한다면 데이터 경쟁상황이 발생하지 않을 것이다.

 

Java에서 원자적 연산에는 아래의 예시들이 존재한다.

// 1. 레퍼런스 참조
this.name = name

// 2. long, double을 제외한 모든 원시값 할당
long = 5L; // -> 원자성을 보장하지 못한다.(64bit로 인해 Java환경에서 보장해주지 못한다)
int = 5; // -> 원자성을 보자한다.

// 3. util.concurrent에서 제공하는 여러 원자적 단위의 API들

long, double타입은 원자적 연산이 되지 못한다고 하였지만, volatile 키워드를 사용하여 변수를 선언한다면 원자적 연산이 가능하도록 할 수 있다.

 

이렇게 사용하는 데이터나, 할당에 대해 원자적인지 아닌지 잘 판단할 수 있어야 할 것 같다.

 

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세마포어

세마포어란 공유자원에 접근할 수 있는 스레드 수를 정해서 해당 수만큼의 스레드만이 공유 자원에 접근하도록 하는 것이다. Lock기법과는 다르게 정해진 숫자만큼의 스레드가 공유자원에 접근할 수 있도록 하는 방법이다.

 

주로 아래와 같이 생산자-소비자 패턴에서 사용된다.

Queue의 용량을 5로 정한다음에 들어가기 전에 acquire()를 통해 허가를 받고, release()를 통해 허가를 반납한다. 

Semaphore full = new Semaphore(0);
Semaphore empty = new Semaphore(5);
Queue queue = new ArrayDeque();
Lock lock = new ReentrantLock();

// 스레드1. 생산자
while(true) {
    Item item = produce();
    empty.acquire();
    lock.lock();
    queue.offer(item);
    lock.unlock();
    full.release();
}

// 스레드2. 소비자
while(true) {
    full.acquire();
    lock.lock();
    Item item = queue.poll();
    lock.unlock();
    consume(item);
    empty.release();
}

* ReentarantLock : 자원점유의 공정성을 보장하고싶을 때 사용하는 용도의 Lock이다. 다른 스레드가 중단(대기상태)일 때 벗어날 수 있다.

 

 

<참고자료>

자바 병렬 프로그래밍 - https://product.kyobobook.co.kr/detail/S000000935083

운영체제 - https://product.kyobobook.co.kr/detail/S000001868743