[CH.13] 쓰레드의 동기화(Lock)

 쓰레드의 동기화

• 한 쓰레드가 특정작업을 끝마치기 전까지, 다른 쓰레드에 의해 방해받지 않아야 함.
• 멀티쓰레드 프로세스는 여러 쓰레드가 같은 자원을 공유해서 작업하므로 서로 작업에 영향을 줌.
• 임계영역 : 공유데이터(자원)를 사용하는 코드 영역
• 락 : 잠금, 공유데이터의 락을 획득한 단 하나의 쓰레드만 임계영역 내의 코드를 수행할 수 있음.
• 객체 단위(변수묶음, 데이터)로 락이 걸림. 수행 후에는 lock을 반납해야 다른 쓰레드 수행이 가능함.
  • ①synchronized를 이용한 동기화
  • ②wait( )과 notify( )를 이용한 동기화
  • ③Lock과 Condition을 이용한 동기화

 

 

 

쓰레드 동기화 3가지 방법

synchronized

• ① 메서드 전체를 임계영역으로 지정 
  • 반환타입앞에 synchronized붙이기

• ② 특정한 영역을 임계영역으로 지정
  • synchronized(객체의 참조변수)

• 두 방법 모두 lock 획득과 반납이 자동적으로 이루어짐.
• 모든 객체는 lock을 하나씩 갖고 있음. 해당 객체의 lock을 가지고 있는 쓰레드만 임계영역의 코드를 수행하고 있음.
• 임계영역을 최소화해야 효율적인 프로그램이 됨.
• 자동적인 lock의 걸림/풀림이 편리함.
• 예외가 발생해도 lock이 자동으로 풀림.
  • ↳같은 메서드 내에서만 lock을 걸 수 있는 제약이 불편함.

 

 

wait( )과 notify( )

• 동기화된 임계영역의 코드를 수행하다가 작업이 더 이상 진행할 상황이 아닐 때

wait( )호출 

• -쓰레드가 락을 반납하고 해당 객체의 대기실에서 재실행통지를 기다림.
• -반납한 락은 다른 객체가 얻어서 해당 객체에 대한 작업수행이 가능해짐.

notify( )호출

• 작업을 중단했던 쓰레드가 다시 락을 얻어서 작업을 진행함.
• wait( )와 notify( )는 특정 객체에 대한것으로, Object클래스에 정의되어 있음.
• 매개변수가 있는 wait( )은 지정된 시간동안만 기다림 = notify( )가 자동적으로 호출됨.
• waiting pool은 객체마다 존재함.

(대기실)

• notifyAll( )이 호출된다고 모든 객체(X)의 waiting pool에 있는 쓰레드가 깨워지는 것이 아님.
• notifyAll( )호출 = 호출한 객체의 waitingPool에 대기중인쓰레드만 해당함.
• notify( )는 대기중인 쓰레드를 깨우는데, 특정쓰레드를 지정하는 것이 아닌 아무 쓰레드나 깨우기 때문에 비효율적임.
• 기아상태:운이 나쁜 쓰레드가 오랫동안 통지받지 못하고 기다리는 것.
• 경쟁상태:여러 쓰레드가 lock을 얻기 위해 서로 경쟁하는 것.
• 쓰레드의 종류를 구분하지 않고 공유객체의 waiting pool에 같이 몰아넣음
  • ↳선별적인 통지가 필요해짐.

 

 

Lock과 Condition

• 각 쓰레드를 위한 Condition을 만들어서 각각의 waiting pool에서 따로 기다리도록 함.
• 대기와 통지의 대상이 명확히 구분됨.

await( )호출

• 메서드는 현재 쓰레드를 일시적으로 중단함.

signal( )호출

• 다른 쓰레드를 깨우는 역할을 함.
• Lock인터페이스의 내부인터페이스로 Condition 인터페이스가 정의되어있음.
  • = Lock인터페이스는 new Condition( ) 메서드를 갖고 있어서, 이 메서드호출하면 Condition 인터페이스를 구현한 객체가 반환됨.
• Lock 인터페이스에는 Condition 인터페이스를 위한 메서드가 정의되어 있으며, ReentrantLock 클래스는 Lock 인터페이스를 구현합니다. ReentrantLock 클래스 내부에는 Condition 인터페이스를 구현하는 Condition 객체를 가지고 있어서, ReentrantLock 클래스는 Lock 인터페이스와 Condition 인터페이스를 모두 사용할 수 있음.

Lock인터페이스를 구현한 클래스들은 모두 Condition객체를 생성할 수 있음.

• ①ReentrantLock 클래스
• ②ReentrantReadWrtieLock 클래스
• ③StampedLock 클래스

 

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void lock( ), void unlock( )

• 수동으로 lock을 잠그고 해제해야 함.
• 해제를 잊지 않으려고 try-finally문으로 감싸는 것이 일반적임.

 

tryLock( )

• 다른 쓰레드에 의해 lock이 걸려있으면 lock을 얻으려고 기다리지 않음. 지정된 시간만큼만 기다림. lock을 얻으면 true반환, 못얻으면 false반환.
• InterruptedException을 발생시킬 수 있음.
  • =지정된 시간동안 lock을 얻으려고 기다리다가  interrupt( )에 의해 작업이 취소될 수 있게 코드를 작성할 수 있다는 뜻.

 

ReentrantLock과 Condition

• ① 이미 생성된 lock으로부터 new Condition( ) 호출해서 컨디션 생성하기
• ② wait( ) & notify( ) 대신에 Condition의 await( ) & signal( ) 사용하기

 

ReentrantLock 클래스

• 가장 일반적인 lock
• 특정 조건에서 lock을 풀고, 나중에 다시 lock을 얻고, 임계영역으로 들어와서 이후의 작업을 수행함.

 

ReentrantReadWrtieLock 클래스

• 읽기를 위한 lock, 쓰기를 위한 lock을 제공함.
• 임계영역에 읽기 lock이 걸려있을 때, 다른 쓰레드가 읽기 lock을 중복 걸기가 가능함. (읽기는 내용을 변경하지 않으니까)
• 읽기 lock일 때, 쓰기 lock X -쓰기 lock일 때, 읽기 lock X

 

StampedLock 클래스

• lock을 걸거나 해지할 때 스탬프를 사용함. (스탬프 = long타입의 정수값)
• 읽기 lock + 쓰기 lock + 낙관적 읽기 lock
• 낙관적 읽기 lock: lock이 걸렸는지 확인하지 않고 일단 읽기 lock을 건다. (선확인→후시도X) (선시도→후확인O)
• 쓰기와 읽기가 충돌할때만 쓰기가 끝난 후 읽기 lock을 건다.

 

OptionalLock 클래스

• OptionalLock은 자바의 Lock 인터페이스를 구현하여 락을 사용하는 기능을 제공하지만, 락이 필요하지 않은 상황에서는 락을 사용하지 않도록 하는 것을 목적으로 만들어진 라이브러리입니다. 예를 들어, 메서드 실행 도중에 사용자의 입력을 받아야 하는 경우 등에서 락을 사용하지 않아도 되는 상황이 있을 수 있습니다. 이때 OptionalLock을 사용하면 필요한 경우에만 락을 사용할 수 있어서 불필요한 락 사용을 방지할 수 있습니다.
• 개별적인 락 관련 클래스가 아니라, 일반적으로 락을 사용하는 상황에서 선택적으로 락을 사용할 수 있도록 도와주는 유틸리티 클래스입니다.

 

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volatile 제어자

• 변수 앞에 volatile을 붙이면 코어가 변수의 값을 읽어올 때, 캐시가 아닌 메모리에서 읽어오기 때문에 캐시/메모리 불일치가 해결됨.
• 변수에 synchronized블럭을 사용해도 같은 효과 
• long/double 타입의 변수는 8byte(64비트)로 변수값을 읽는 과정에서 다른 쓰레드가 끼어들 수 있으므로 변수 선언 시 volatile을 붙여서 원자적인 연산을 보장함. (동기화는 X)

 

fork & join 프레임워크

• 큰 작업을 병렬처리 하기 위한 것.
• 하나의 작업을 작은 단위로 나눠서 여러 쓰레드가 동시에 처리하는 것을 쉽게 만들어줌.
• 수행에 따라 두 클래스 중 하나를 상속받아 구현함.

• ForkJoinFool : fork&join 프레임워크에서 제공하는 쓰레드풀. 지정된 수의 쓰레드를 생성해서 미리 만들어놓고 반복해서 재사용. 쓰레드풀은 쓰레드가 수행해야하는 작업이 담긴 큐를 제공하고, 각 쓰레드는 자신의 작업큐에 담긴 작업을 순서대로 처리함.

• 비동기 메서드: 메서드를 호출할 뿐, 그 결과를 기다리지않음.

 

 

클래스들의 관계

• 작업을 어떻게 분할할 것인지를 정의하고, 작은 작업들이 어떤 계산을 수행하고, 그 결과를 어떻게 합칠 것인지를 결정하는 것이 중요함.