Java 동기화

이태형·2024년 11월 23일

Growth Log

목록 보기

6/18

Spring boot 환경에서 스케줄러를 동적으로 구현하는 중에 일부 스레드가 중복 실행되는 현상이 발생
스케줄러에 등록, 삭제는 정상적으로 작동하고 생성되는 인스턴스도 문제가 없었서 원인을 해결 못하고 synchronized 를 사용해서 막아버리기로 결정

그래서 간단히 정리했습니다

여러 개의 스레드가 한 개의 자원을 사용하고자 할 때, 현재 데이터를 사용하고 있는 스레드를 제외하고 나머지는 데이터에 접근 할 수 없도록 막는 개념
메서드 또는 코드 블록을 임계 영역으로 지정 가능
- 임계 영역 : 공유되는 자원, 즉 동시 접근하려고 하는 그 자원에서 문제가 발생하지 않게 독점을 보장해줘야 하는 영역
스레드는 해당 영역에 접근하기 위해 모니터 락을 획득해야 함, 다른 스레드가 이미 해당 영역에 대한 모니터 락을 가지고 있으면, 해당 스레드는 락이 해제될 때까지 대기
- 모니터 락 : 뮤텍스나 세마포어보다 더 고수준의 동기화 기법
락은 메서드 단위로 설정할 수 있고, 특정 코드 블록에만 설정할 수도 있음
락을 얻는 작업만으로도 오버헤드가 발생하므로, 복잡한 계산, 네트워크 작업, 사용자 입출력 작업 등 시간이 오래 걸리는 작업은 가능한 임계 영역에서 제외하는 것이 좋음

다중 스레드에서 동기화 없으면 발생하는 문제

public class Test{

	@Test
  public void testMethod() {
		Task task = new Task();
		Thread t1 = new Thread(task);
		Thread t2 = new Thread(task);

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

	}

	class Counter {
		int count = 5000;

		public void decrement() {
			if(count > 0) {
				count = count - 100;
				System.out.println("Thread : " + Thread.currentThread() + ", Count : " + count);
			}
		}
	}

	class Task implements Runnable {
		Counter c = new Counter();

		@Override
		public void run() {
			while(c.count > 0) {
				c.decrement();
			}
		}
	}
}

마지막 결과를 확인하면 Thread-1.5 는 이미 Count가 0인데도 계산 작업을 이어 감
Thread-0.5 와 Thread-1.5 는 서로 경쟁하며 Counter 의 자원에 접근을 하게 되고, Thread-0.5 가 작업을 마치고 결과를 반환하기 전에 Thread-1.5 가 Counter 의 자원에 접근을 하게 돼서 예상할 수 없는 결과가 나오게 됨
접근을 임의로 하는 것이 아닌 처음 접근한 스레드가 먼저 작업을 마치고, 결과를 완전히 반환하고, 다음 스레드가 해당 자원을 접근해야 안전함

공유 자원에 대한 락 적용

위 코드와 동일하나 decrement() 메서드에 synchronized 를 적용

public synchronized void decrement() {
	if(count > 0) {
		count = count - 100;
		System.out.println("Thread : " + Thread.currentThread() + ", Count : " + count);
	}
}

결과

synchronized 키워드를 사용해 Counter 의 count 를 사용하는 공유 영역을 thread-safe, 예상 가능한 작업 결과가 나옴

동기화(synchronized) 적용 종류

동기화가 필요한 영역의 공유 범위에 따라 달라짐

모니터 락 수준

객체 수준의 모니터
- synchronized(this), 인스턴스 메소드 동기화 가 가지는 수준
- 동일한 인스턴스를 사용하는 스레드들은 동시에 접근할 수 없음, 다른 인스턴스에서는 접근 가능
- 같은 인스턴스를 공유하는 경우에 서로 동기화
클래스 수준의 모니터
- 스태틱 메소드 동기화, synchronized(Class.class) 가 가지는 수준
- 해당 클래스의 모든 인스턴스가 이 블록에 동시에 접근할 수 없음, 클래스 레벨에서의 동기화가 이루어짐

인스턴스 메소드 동기화

해당 메소드가 호출되는 객체 인스턴스의 모니터를 사용하여 동기화 처리,
여러 스레드가 동일한 객체의 인스턴스 메소드를 여러 스레드가 동시에 호출할 수없음
특정 객체에 대한 동기화, 같은 인스턴스를 사용하는 스레드 간의 충돌 방지

public synchronized void syncMethod() {
	/****/
}

스태틱 메소드 동기화

해당 클래스의 모니터를 사용하여 동기화를 처리, 해당 클래스의 모든 인스턴스가 이 메소드를 동시에 호출할 수 없음
클래스 수준의 공유 데이터에 대해 여러 스레드가 접근하는 경우에 안전하게 사용할 수 있음
클래스 수준에서의 동기화, 모든 인스턴스가 공유하는 자원에 대한 충돌 방지

public static synchronized void syncMethod() {
	/****/
}

블록 동기화

특정 코드 블록만 동기화 하는데 사용
스레드는 해당 블록에 진입하기 전에 모니터를 획득해야 하고, 다른 스레드는 모니터를 가진 스레드가 블록을 벗어날 때가지 접근할 수 없음
인스턴스를 사용하면 객체 모니터, static 필드를 사용하면 클래스 모니터를 가지게 됨

public void objectMontiorMethod() {
	synchronized(this) {
		// 해당 블록 안의 코드만 동기화
	}
	// 여기는 동기화 되지 않음
}

public void classMonitorMethod() {
	synchronized(Sample.class) {
		// 클래스 수준의 모니터
	}
}