Thread의 동기화

: 하나의 객체를 여러 개의 thread가 공용으로 사용하는 경우가 발생한다.

ex) 영화 좌석 정보
여러 개의 thread가 공유 자원에 접근할 때 동기화 문제가 발생할 수 있다.
한 사람이 영화 좌석을 예매하는 동안 다른 사람이 결제완료를 하면 자리를 뺏긴다.

=> T1 thread가 결제를 하는 동안 다른 thread에서 writing을 할 수 없게 해줘야 한다.
=> Critical Section (임계 영역)을 설정한다.
-> Lock(Monitor) 개념 등장
: T1 thread가 사용할 때는 Lock을 가져가게 되면서 임계 영역을 설정한다. T1 thread가 Lock을 다 쓴 후에는 돌려준다. 대기하던 thread들 중 하나의 thread가 Lock을 잡는다.

동기화 문제 예제 코드

• 은행 계좌를 공용 객체로 만든다.

package lecture0715;

// Thread에 의해서 공유되는 공유 객체를 생성하기 위한 class
class Account {
	
	private int balance = 1000;  // 계좌 잔액

	public int getBalance() {
		return balance;
	}
	
	// 출금하는 method
	public void withdraw(int money) {
		if(balance >= money) {
			try {
				Thread.sleep(1000);
			} catch (Exception e) {
				// TODO: handle exception
			}
			balance -= money;
		}
	}
}

class ThreadEx_09 implements Runnable {
	
	Account acc = new Account();
	
	@Override
	public void run() {
		while(acc.getBalance() > 0) {
			int money = (int)(Math.random() * 3 + 1) * 100;  // 100보다 같거나 크고 400보다 작은 정수
			acc.withdraw(money);
			System.out.println("남은 잔액은 : " + acc.getBalance());			
		}
	}
}

public class ThreadExam09 {
	
	public static void main(String[] args) {
		
		ThreadEx_09 r = new ThreadEx_09();
		
		Thread t1 = new Thread(r);
		Thread t2 = new Thread(r);
		
		t1.start();
		t2.start();
	}
}

: 두개의 코드가 동시에 진입해서 동시에 계좌의 돈을 출금하게 된다.

Java에서 Lock을 얻어서 임계 영역 설정하는 방법

synchronized

: 공유 데이터를 보호한다.

• method 동기화

• 동기화 block을 생성
  : 효율이 더 좋다.

synchronized 상태 전이도

synchronized 예제 코드

1. method 동기화

package lecture0715;

// Thread에 의해서 공유되는 공유 객체를 생성하기 위한 class
class Account {
	
	private int balance = 1000;  // 계좌 잔액

	public int getBalance() {
		return balance;
	}
	
	// 출금하는 method => 동기화 처리
	public synchronized void withdraw(int money) {
		if(balance >= money) {
			try {
				Thread.sleep(1000);
			} catch (Exception e) {
				// TODO: handle exception
			}
			balance -= money;
		}
	}
}

class ThreadEx_09 implements Runnable {
	
	Account acc = new Account();
	
	@Override
	public void run() {
		while(acc.getBalance() > 0) {
			int money = (int)(Math.random() * 3 + 1) * 100;  // 100보다 같거나 크고 400보다 작은 정수
			acc.withdraw(money);
			System.out.println("남은 잔액은 : " + acc.getBalance());			
		}
	}
}

public class ThreadExam09 {
	
	public static void main(String[] args) {
		
		ThreadEx_09 r = new ThreadEx_09();
		
		Thread t1 = new Thread(r);
		Thread t2 = new Thread(r);
		
		t1.start();
		t2.start();
	}
}

: method 자체가 동기화가 되었다. 하나의 thread가 method를 수행하는 동안 다른 thread는 method를 사용할 수 없다. 하지만 method 안에서 동기화가 필요한 부분은 일부분이다. method 자체를 동기화 처리 하는 것은 비효율적이다.

2. 동기화 block을 생성

package lecture0715;

// Thread에 의해서 공유되는 공유 객체를 생성하기 위한 class
class Account {
	
	private int balance = 1000;  // 계좌 잔액

	public int getBalance() {
		return balance;
	}
	
	// 출금하는 method => 동기화 처리
	public void withdraw(int money) {
		
		synchronized (this) {
			if(balance >= money) {
				try {
					Thread.sleep(1000);
				} catch (Exception e) {
					// TODO: handle exception
				}
				balance -= money;
			}
		}	
	}
}

class ThreadEx_09 implements Runnable {
	
	Account acc = new Account();
	
	@Override
	public void run() {
		while(acc.getBalance() > 0) {
			int money = (int)(Math.random() * 3 + 1) * 100;  // 100보다 같거나 크고 400보다 작은 정수
			acc.withdraw(money);
			System.out.println("남은 잔액은 : " + acc.getBalance());			
		}
	}
}

public class ThreadExam09 {
	
	public static void main(String[] args) {
		
		ThreadEx_09 r = new ThreadEx_09();
		
		Thread t1 = new Thread(r);
		Thread t2 = new Thread(r);
		
		t1.start();
		t2.start();
	}
}

: 동기화 처리 할 부분만 블록으로 묶어준다.
mutex : 어떤 객체를 동기화 할지 설정해준다.

thread가 공유자원에 대한 Lock을 획득한 후 오랜 시간을 보낸다. -> 다른 thread가 일을 못 하기 때문에 두 가지 method가 제공된다.
=> wait(), notify()

wait()

: Lock을 놓고 대기 상태로 돌아간다.

notify()

: 대기 상태에 있는 thread가 실행될 수 있도록 block을 해제한다.

연습 문제

1. 1초마다 자신의 이름을 출력하는 thread를 2개 생성한다. 단, 이름을 출력할 때 교대로 출력하는 것을 보장한다.

• 내 코드

package lecture0715;

class ThreadEx_10 implements Runnable {
	
	@Override
	public void run() {
		synchronized (this) {
			try {
				for(int i=0; i<20; i++) {
					this.notify();
					Thread.sleep(1000);
					System.out.println(Thread.currentThread().getName());
					this.wait();
				}
			} catch (Exception e) {
				
			}
		}		
	}
}

public class ThreadExam10 {

	public static void main(String[] args) {
		ThreadEx_10 r = new ThreadEx_10();
		
		Thread t1 = new Thread(r, "1 Thread");
		Thread t2 = new Thread(r, "2 Thread");
		
		t1.start();
		t2.start();
	}
}

끝나지 않고, 계속해서 출력되는 문제 발생

• 정답 코드

package lecture0715;

class Shared {

    public synchronized void printNum() {    
        
        try {
            for(int i=0; i < 10; i++) {
                Thread.sleep(1000);
                System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " : " + i);
                notify();
                wait();
            }
        } catch (Exception e) {
            e.printStackTrace();
        }
    }
    
}

class ThreadEx_10 implements Runnable {
	
	private Shared shared;
    
    public ThreadEx_10(Shared shared) {
        this.shared = shared;
    }
    
    @Override
    public void run() {            
        shared.printNum();
    }        
}
public class ThreadExam10 {
	
	public static void main(String[] args) {
		Shared obj = new Shared();
        
        Thread t1 = new Thread(new ThreadEx_10(obj));
        Thread t2 = new Thread(new ThreadEx_10(obj));
        
        t1.setName("첫번째 Thread!!");
        t2.setName("두번째 Thread!!");

        t1.start();
        t2.start();
	}
	
}