synchronized 이해하기
java의 synchronized 키워드는 동시성 이슈를 막기 위해 사용한다.
동시성 이슈에 대해 먼저 알아보자.
동시성 이슈
동시성 이슈란 공유자원에 여러 스레드가 접근하여, race condition과 같은 문제가 발생하는 것을 말한다.
- race condition : 두 개 이상의 프로세스가 공통 자원을 번갈아가며 읽거나 쓰는 동작을 할 때, 공용 데이터에 대한 접근이 어떤 순서에 따라 이루어졌는지에 따라 그 실행 결과가 같지 않고 달라지는 상황을 말한다. 즉 두 개의 스레드가 하나의 자원을 놓고 서로 사용하려고 경쟁하는 상황을 말한다.
결국 공유 자원에 여러 프로세스가 동시에 접근하여 자료의 일관성을 해치는 결과가 나타난다.
synchronized는 여러 해결책중 상호 배제 원칙을 통해 이 문제를 해결한다.
java에서 synchronized는 2가지 방식으로 사용할 수 있다.
- 메소드에 선언
- 필요한 코드 레벨에 선언
우선 메소드에 선언한 synchronized 에 대해 먼저 알아보자.
1. 메소드에 선언한 synchronized
public synchronized void setSharedResource(String resource) {
sharedResource = resource;
try {
long sleep = (long) (Math.random() * 100);
Thread.sleep(sleep);
} catch (InterruptedException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
if (!Objects.equals(sharedResource, resource)) {
System.out.println(sharedResource + " is not same as " + resource);
}
}- 위 코드와 같이 메소드 선언부에 synchronized를 사용할 수 있다.
- 메소드에 선언한 synchronized는 해당 메소드에 스레드가 접근하면 메소드 전체를 락으로 잠근다.
- 그로 인해 다른 스레드는 접근하지 못하며, 락이 풀린 이후에 접근하여 동시성 이슈를 막는다.
전체 코드
public class SyncTest {
private String sharedResource;
public static void main(String[] args) {
SyncTest syncTest = new SyncTest();
System.out.println("SyncTest start");
new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
syncTest.setSharedResource("resource1");
}
}).start();
new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
syncTest.setSharedResource("resource2");
}
}).start();
System.out.println("SyncTest end");
}
public synchronized void setSharedResource(String resource) {
sharedResource = resource;
try {
long sleep = (long) (Math.random() * 100);
Thread.sleep(sleep);
} catch (InterruptedException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
if (!Objects.equals(sharedResource, resource)) {
System.out.println(sharedResource + " is not same as " + resource);
}
}
}- 위 코드를 보면 2개의 스레드에서 공유 자원에 접근하는 것을 볼 수 있다.
- 출력 결과를 확인하면 아무것도 출력되지 않는 것을 알 수 있다.
메소드에 synchronized를 선언하는 방식은 문제가 있는데 상호 배제 원리를 사용하여, 스레드가 메소드에 접근해 메소드가 종료되기 전까지 락이 걸려 다른 스레드가 접근하지 못한다.
- 이는 성능 문제로 이어진다.
- 이런 문제를 완화시키기 위해서 메소드 전체가 아닌, 락을 필요한 부분에만 걸면 된다.
- 결국 락이 필요한 코드에만 synchronized를 사용하면 된다.
2. 필요한 코드에만 synchronzied 선언
만약 list1를 사용하는 코드에는 lock이 필요하지만, list2를 사용하는 코드에는 lock이 필요없다고 가정해보자.
public void add(int value) {
/*
code that lock is not needed
*/
if (!list2.contains(value)) {
list2.add(value);
}
synchronized (this) {
if (!list1.contains(value)) {
list1.add(value);
}
}
}-
위 코드에서는 synchronized(this) 를 통해 필요한 코드 부분에만 lock을 걸었다.
-
그런데 왜 this를 사용하는 걸까?
- synchronized block에 인자값은 lock을 걸 대상이다.
- synchronized(this)로 표기하면 해당 객체 안에 있는 모든 synchronized block에 lock이 걸린다.
전체 코드
public class MethodSyncTest {
private List<Integer> list1 = new ArrayList<>();
private List<Integer> list2 = new ArrayList<>();
public static void main(String[] args) {
MethodSyncTest mSyncTest = new MethodSyncTest();
System.out.println("mSyncTest start");
Thread thread1 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
mSyncTest.add(i);
}
});
Thread thread2 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
mSyncTest.add(i);
}
});
thread1.start();
thread2.start();
try {
thread1.join(3000);
thread2.join(3000);
} catch (InterruptedException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
System.out.println("mSyncTest end");
System.out.println("list1 size : " + mSyncTest.list1.size()); // 항상 100
System.out.println("list2 size : " + mSyncTest.list2.size()); // 종종 100 이 넘는다.
}
public void add(int value) {
/*
code that Sync is not needed
*/
if (!list2.contains(value)) {
list2.add(value);
}
synchronized (this) {
if (!list1.contains(value)) {
list1.add(value);
}
}
}
}-
코드를 실행해보면, list1의 size는 항상 100이 나오는 반면, list2의 size는 종종 100이 넘는다.
2-1. synchronzied(this) 와 synchronized(.class)의 차이점
public class SyncCompareTest {
private static List<Integer> list = new ArrayList<>();
public static void main(String[] args) {
SyncCompareTest t1 = new SyncCompareTest();
SyncCompareTest t2 = new SyncCompareTest();
System.out.println("syncCompareTest start");
Thread thread1 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
t1.add(i);
}
});
Thread thread2 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 100; i++) {
t2.add(i);
}
});
thread1.start();
thread2.start();
try {
thread1.join(3000);
thread2.join(3000);
} catch (InterruptedException e) {
throw new RuntimeException(e);
}
System.out.println("syncCompareTest end");
System.out.println("list1 size : " + list.size());
}
}- 위 코드에서는 add() 메소드를 어떻게 만들어야 list.size()의 값이 100이 나오도록 보장할 수 있을까?
(this) 방식을 먼저 살펴보자.
public void add(int value) {
synchronized (this) {
if (!list.contains(value)) {
list.add(value);
}
}
}- 위 코드는 size의 값이 100임을 보장하지 못한다.
- 여러개의 스레드객체를 생성하는 경우에는 t1, t2가 서로 다른 this를 가지기 때문에 t1, t2의 동기화되지 못한다.
그럼 (.class) 방식은 어떨까?
public void add(int value) {
synchronized (SyncCompareTest.class) {
if (!list.contains(value)) {
list.add(value);
}
}
}- .class에 대한 동기화는 class 자체에 대한 동기화이므로 .class를 통해서 생성하는 모든 스레드에 대해 동기화가 이루어진다.
