공통점
- 스레드 안정성(Thread-safety) 보장
차이점
- 성능(performance)
- 확장성(scalability)
- 스레드 안정성을 확보하는 방법(how they achieve thread-safety)
Synchronized Collection
synchronize
한 번에 하나의 스레드만 객체에 접근하도록 허용한다.
synchronized object는 여러 스레드에 의해 동시에 조작될 수 없다.
대표 컬렉션
- Vector
- Hashtable
- synchronized HashMap, HashSet, ArrayList, ..
특징
1. 성능
- Concurrent Collection보다 성능이 낮다.
- Collection 전체 객체(Map이나 List)에 락을 건다.
2. 스레드 안정성 확보 방법
- public 메서드에 synchronized 키워드를 사용하여 내부의 값을 한 스레드만 사용할 수 있도록 제어한다.
- HashTable
- 해시테이블의 사이즈와 상관없이 iteration이나 쓰기 연산 때 전체 map에 락을 건다.
3. 확장성
- 컬렉션 전반에 거는 하나의 락은 확장성에 장애물이 된다.
- ConcurrentModificationException을 피하기 위한 스레드 대기 시간이 길어진다.
종류
Vector
package java.util;
public class Vector<E> extends AbstractList<E>
implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {
...
public synchronized boolean add(E e) {
modCount++;
add(e, elementData, elementCount);
return true;
}
public synchronized int size() {
return elementCount;
}
...
}Hashtable
package java.util;
public class Hashtable<K,V>
extends Dictionary<K,V>
implements Map<K,V>, Cloneable, java.io.Serializable {
...
@SuppressWarnings("unchecked")
public synchronized V get(Object key) {
Entry<?,?> tab[] = table;
int hash = key.hashCode();
int index = (hash & 0x7FFFFFFF) % tab.length;
for (Entry<?,?> e = tab[index] ; e != null ; e = e.next) {
if ((e.hash == hash) && e.key.equals(key)) {
return (V)e.value;
}
}
return null;
}
public synchronized int size() {
return count;
}
...
}Collections.synchronizedXXX()
package java.util;
public class Collections {
...
public static <T> List<T> synchronizedList(List<T> list) {
return (list instanceof RandomAccess ?
new SynchronizedRandomAccessList<>(list) :
new SynchronizedList<>(list));
}
public static <K,V> Map<K,V> synchronizedMap(Map<K,V> m) {
return new SynchronizedMap<>(m);
}
public static <T> Set<T> synchronizedSet(Set<T> s) {
return new SynchronizedSet<>(s);
}
static class SynchronizedList<E>
extends SynchronizedCollection<E>
implements List<E> {
@SuppressWarnings("serial") // Conditionally serializable
final List<E> list;
public E get(int index) {
synchronized (mutex) {return list.get(index);}
}
public void add(int index, E element) {
synchronized (mutex) {list.add(index, element);}
}
public E remove(int index) {
synchronized (mutex) {return list.remove(index);}
}
...
}
...
}List<String> list = Collections.synchronizedList(new ArrayList<String>());- SynchronizedList 내부 클래스를 보면 모든 메서드의 각 synchronized 블록에서 mutex 객체를 공유한다. 한 스레드가 synchronized 블록에 들어가는 순간 다른 메서드의 syncrhonized 블록이 lock에 걸리기 때문에 다른 스레드들은 모두 동기화 메서드를 이용하지 못하고 blocking 상태가 된다.
- 읽기와 쓰기 동작 시 모두 인스턴스 자체에 잠금이 걸린다.
Concurrent Collection
concurrent
- 여러 스레드가 한 객체에 동시에 접근할 수 있다.
대표 컬렉션
- ConcurrentHashMap, CopyOnWriteArrayList, CopyOnWriteHashSet, ..
특징
1. 성능
- Synchronized Collection보다 높은 성능
- 절대 전체 Map이나 List에 lock을 걸지 않는다.
- 여러 스레드가 한 번에 접근 가능하기 때문에 스레드 대기 시간을 줄여준다.
- 하나 이상의 스레드가 concurrent하게 read, write 연산을 할 수 있다.
2. 스레드 안정성 확보 방법
- Lock Stripping 같은 정교한 기법
- ConcurrentHashMap
- 전체 Map을 여러 조각으로 나눈다.
- 관련된 부분들에만 락을 건다.
- 해당 컬렉션의 락이 걸리지 않은 다른 조각들에 여러 스레드들이 접근할 수 있다.
- CopyOnWriteArrayList
- read: synchronization 없이 여러 읽기 스레드들이 읽을 수 있다.
- write: 전체 ArrayList를 복사하고 더 최신 컬렉션과 바꾼다.
3. 확장성
- 읽기 연산이 쓰기 연산보다 많이 일어나는 등의 더 필요한 상황에 맞게 concurrent collection 클래스를 골라 사용할 수 있다.
- 더 높은 동시성(concurrency)과 확장성
종류
CopyOnWriteArrayList
- 모든 쓰기 동작 시 원본 배열의 요소를 복사하여 새로운 임시 배열을 만들고, 임시 배열에 쓰기 동작을 수행한 후 원본 배열을 갱신한다.
- 명시적 락 사용
- 읽기 동작은 lock이 걸리지 않는다.
- 비용이 높은 배열 복사 작업이 있기 때문에 쓰기 작업이 많은 경우 성능 이슈가 발생할 수 있다.
package java.util.concurrent;
public class CopyOnWriteArrayList<E>
implements List<E>, RandomAccess, Cloneable, java.io.Serializable {
final transient Object lock = new Object();
private transient volatile Object[] array;
public boolean add(E e) {
synchronized (lock) {
Object[] es = getArray();
int len = es.length;
es = Arrays.copyOf(es, len + 1);
es[len] = e;
setArray(es);
return true;
}
}
public E get(int index) {
return elementAt(getArray(), index);
}
...
}ConcurrentHashMap
- 자바 8 전
- ReentrantLock을 상속받는 Segment를 이용하여 영역을 구분하고 영역별로 잠금
- 자바 8 이후
- 각 테이블 버킷을 독립적으로 잠금
- 빈 버킷에 노드를 삽입할 경우 lock 대신 CAS 알고리즘
- 그 외 변경은 각 버킷의 첫번째 노드를 기준으로 부분적인 잠금(synchronized block)을 획득
- 스레드 경합 최소화
