Lock Support
Synchronized의 단점
- 무한 대기:
BLOCKED상태의 스레드는 락일 풀릴때 까지 무한 대기한다.- 특정 시간까지만 대기하는 타임아웃 x
- 중간에 인터럽트 x
- 공정성: 락이 돌아왔을 때
BLOCKED상태의 여러 스레드 중에 어떤 스레드가 락을 획득할지 알 수 없다. 최악의 경우 특정 스레드가 너무 오랜기간 락을 획득하지 못할 수 있다.
자바에서는 이 같은 문제를 해결하기 위해 여러 라이브러리를 제공하는데, 그중에서 가장 기본인 LockSupport를 사용해보자.
LockSupport 기능
LockSupport는 스레드를 Waiting상태로 변경한다.
Waiting 상태는 누가 깨워주기 전까지는 계속 대기한다. 그리고 CPU 실행 스케줄링에 들어가지 않는다.
park():스레드를Waiting상태로 변경한다.parkNanos(nanos):스레드를 나노초 동안만Timed_Waiting상태로 변경한다.unpark(thread):Waiting상태의 대상 스레드를Runabble상태로 변경한다.
public class LockSupportMainV1 {
public static void main(String[] args) {
Thread thread1 = new Thread(new ParkTask(), "Thread-1");
thread1.start();
// 잠시 대기하여 Thread-1이 park 상태에 빠질 시간을 준다. sleep(100);
log("Thread-1 state: " + thread1.getState());
log("main -> unpark(Thread-1)"); LockSupport.unpark(thread1); //
}
static class ParkTask implements Runnable {
@Override
public void run() {
log("park 시작");
LockSupport.park();
log("park 종료, state: " + Thread.currentThread().getState());
log("인터럽트 상태: " + Thread.currentThread().isInterrupted());
}
}
}- 메인 스레드가
Thread-1을start()하면Thread-1은Runnable상태가 된다. Thread-1은Thread.park()를 호출한다.Runnable->Waiting상태가 되면서 대기한다.- 메인 스레드가
Thread-1을unpark()로 깨운다.Thread-1은 대기 상태에서 실행 가능 상태로 변한다.Waiting->Runnable상태로 변한다.
시간대기
parkNanos(nanos):스레드를 나노초동안만Timed_Waiting상태로 변경한다. 지정한 나노초가 지나면Timed_Waiting상태에서 빠져나와Runnable상태로 변경된다.
BLOCKED vs WAITING
-
인터럽트
Blocked상태는 인터럽트가 발생해도 대기 상태를 빠져나오지는 못한다. 여전히Blocked상태이다.Waiting,Tiemd_Waiting상태는 인터럽트가 걸리면 대기상태를 빠져나와Runnable
상태로 변한다.
-
용도
Blocked상태는 자바의synchronized에서 락을 획득하기 위해 대기할 때 사용된다.Waiting,Tiemd_Waiting상태는 스레드가 특정 조건이나 시간동안 대기할 때 발생하는 상태이다.Waiting상태는Thread.join(),LockSupport.park(),Object.wait()같은 메서드 호출시Waiting상태가 된다.
Blocked,Waiting,Tiemd_Waiting 상태 모두 스레드가 대기하며 실행 스케줄링에 들어가지 않기 때문에 CPU 입장에서 보면 실행하지 않는 상태이다.
BLOCKED상태는synchronized에서만 사용하는 특별한 대기 상태라고 이해하면 된다.WAITING,TIMED_WAITING상태는 범용적으로 활용할 수 있는 대기 상태라고 이해하면 된다.
ReentrantLock
package java.util.concurrent.locks;
public interface Lock {
void lock();
void lockInterruptibly() throws InterruptedException;
boolean tryLock();
boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;
void unlock();
Condition newCondition();
}
Lock 인터페이스는 동시성 프로그래밍에서 쓰이는 안전한 임계 영역을 위한 락을 구현하는데 사용된다.
Lock 인터페이스는 아래와 같은 메서드를 제공하며 대표적인 구현체로는 ReebtrantLock이 있다.
void lock()
- 락을 획득한다. 만약 다른 스레드가 이미 락을 획득했다면, 락이 풀릴때까지 현재 스레드는 대기(Waiting)한다. 이 메서드는 인터럽트에 응답하지 않는다.
void lockInterruptibly()
- 락 획득을 시도하되, 다른 스레드가 인터럽드 할 수 있도록 한다. 만약 다른 스레드가 이미 락을 획득했다면, 현재 스레드는 락을 획득할 때까지 대기한다. 대기중에 인터럽트가 발생하면
InterruptedException이 발생하며 락 획득을 포기한다.
boolean tryLock()
- 락 획득을 시도하고 즉시 성공 여부를 반환한다. 만약 다른 스레드가 이미 락을 획득했다면
false를 반환하고, 그렇지 않으면 락을 획득하고true를 반환한다.
boolean tryLock(long time, TimeUnit unit)
- 주어진 시간동안 락 획득을 시도한다. 주어진 시간안에 락을 획득하면
true를 반환한다. 주어진 시간이 지나도 락을 획득하지 못한 경우false를 반환한다. 이 메서드는 대기 중 인터럽트가 발생하면InterruptedException이 발생하며 락 획득을 포기한다.
void unlock()
- 락을 해제한다. 대기 중인 스레드 중 하나가 락을 획득 할 수 있게 된다.
- 락을 획득한 스레드가 호출하지 않으면
IllegalStateException이 발생할 수 있다.
Lock인터페이스가 제공하는 다양한 기능 덕분에synchronized의 단점인 무한 대기 문제는 해결되었지만 공정성에 관한 문제가 남아있다.
이런 공정성 문제는 ReentrantLock(true)이 해결해준다.
사용예시
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
public class ReentrantLockEx { // 비공정 모드 락
private final Lock nonFairLock = new ReentrantLock(); // 공정 모드 락
private final Lock fairLock = new ReentrantLock(true);
public void nonFairLockTest() {
nonFairLock.lock();
try {
// 임계 영역
} finally {
nonFairLock.unlock();
}
}
public void fairLockTest() {
fairLock.lock();
try {
// 임계 영역
} finally {
fairLock.unlock();
}
}
}ReentrantLock은 공정성 모드와 비공정 모드로 설정 할 수 있으며, 두 모드는 락을 획득하는 방식이 다르다.
비공정 모드 특징
- 성능 우선: 락을 획득하는 속도가 빠르다.
- 선점 기능: 새로운 스레드가 기존 대기 스레드보다 먼저 락을 획득할 수 있다.
- 기아 현상 가능성: 특정 스레드가 계속해서 락을 획득하지 못할 수 있다.
공정 모드
- 공정성 보장: 대기 큐에서 먼저 대기한 스레드가 락을 먼저 획득한다.
- 기아현상 방지: 모든 스레드가 언젠가 락을 획득할 수 있다.
- 성능 저하: 락을 획득하는 속도가 느려질 수 있다.
자바를 사랑합니다