자바 동시성 프로그래밍 - Java Synchronization
자바 synchronized 기본
synchronized 기본자바는 단일 연산 특성을 보장하기 위해
synchronized키워드를 제공하고 있으며synchronized구문을 통해 모니터 영역을 동기화 할 수 있다.synchronized는 명시적으로 락을 구현하는 것이 아닌 자바에 내장된 락으로서 이를 "암묵적인 락" 또는 "모니터락" 이라고 한다.synchronized는 동일한 모니터를 가진 객체에 대해 오직 하나의 스레드만 임계 영역에 접근할 수 있도록 보장하며, 모니터의 조건 변수를 통해 스레드간 협력으로 동기화를 보장해준다.synchronized가 적용된 한 개의 메서드만 호출해도 같은 모니터의 모든synchronized메서드까지 락에 잠기게 되어 락이 해제될 때 까지는 접근이 안되는 특징을 가지고 있다.락은 스레드가
synchronized블록에 들어가기 전에 자동 확보되며 정상적이든 비정상적이든 예외가 발생해서든 해당 블롯을 벗어날 때 자동으로 해제된다.
메서드 동기화 방식 - synchronized method
메서드 전체가 임계 영역이 된다. 즉, 메서드 내의 모든 코드가 동기화 된다.
동시성 문제를 한번에 편리하게 제어할 수 있다는 장점이 있지만, 메서드 내 코드의 세부적인 동기화 구조를 가지기 어렵다.
메서드 전체를 동기화하기 때문에 동기화 영역이 클 경우 성능 저하를 가져온다.
인스턴스 메서드 동기화와 정적 메서드 동기화 방식이 있다.
블록 동기화 방식 - synchronized block
특정 블록을 정해서 임계 영역을 구성한다. 즉, 블록 내의 코드만 동기화 된다.
메서드 동기화 방식에 비해 좀 더 세부적으로 임계 영역을 정해서 필요한 블록만 동기화 구조를 가질 수 있다.
메서드 전체를 동기화 하는 것보다 동기화 영역이 작고 효율적인 구성이 가능하기 때문에 성능 저하가 덜하다.
인스턴스 블록 동기화와 정적 블록 동기화 방식이 있다.
스레드 간 객체의 메서드를 동기화하기 위해서는 같은 객체의 모니터를 참조하고 있어야 한다.
instanceMethod와instanceBlock이 사용하는 모니터는 서로 같다.staticMethod와staticBlock이 사용하는 모니터는 서로 같다.그 외 다른 조합들이 사용하는 모니터는 서로 다르다.
즉, 인스턴스 메서드나 인스턴스 블록의 락을 한 스레드가 가져가면 동기화로 인해 나머지 인스턴스 메서드 또는 인스턴스 블록에 진입할 수 없다.
그리고 정적 메서드나 정적 블록의 락을 한 스레드가 가져가면 동기화로 인해 나머지 정적 메서드 또는 정적 블록에 진입할 수 없다.
반면 인스턴스 메서드나 인스턴스 블록이 사용하는 모니터는 정적 메서드나 정적 블록이 사용하는 모니터와 다르기 때문에 서로 다른 스레드가 동시에 진입할 수 있다.
synchronized 메서드 동기화
1. 인스턴스 메서드 동기화
인스턴스 단위로 모니터가 동작하며 동일한 인스턴스 안에서
synchronized가 적용된 곳은 하나의 락을 공유한다.인스턴스가 여러개일 경우 인스턴스 별로 모니터 객체를 가지므로 스레드는 모니터 별로 락을 획득해서 동기화 영역에 진입하고 빠져 나올 때 락을 해제 할 수 있다.
synchronized가 붙은 두 개의 메서드는 서로 같은 모니터를 사용하기 때문에 동기화로 인해 정상적으로 출력된다.
2. 정적 메서드 동기화
클래스 단위로 모니터가 동작하여
synchronized가 적용된 곳은 하나의 락을 공유한다.인스턴스와는 별개의 모니터를 가지고 임계 영역을 동기화 하기 때문에 인스턴스 단위로 메서드를 호출할지라도 락은 클래스 단위로 스레드간 공유된다.
클래스는 메모리에 오직 하나만 존재하므로 하나의 모니터를 공유해서 동기화 하고자 할 때 사용할 수 있다.
3. 인스턴스 메서드 동기화 + 정적 메서드 동기화
두 가지가 혼용되었을 경우 각 모니터 별로 동기화를 진행한다.
모니터가 섞여 있기 때문에 동기화가 의도한 대로 정확하게 동작하는지 주의가 필요하다.
정상적인 결과는 인스턴스와 정적의 최종값 모두
2,000,000이 나와야 한다.하지만 인스턴스 메서드 동기화 영역 내에서 정적 메서드에서 사용하는 자원에 접근했고, 둘은 서로 사용하는 모니터가 같지 않기 때문에 동시성 문제가 발생하여 의도하지 않은 결과가 나오게 된다.
synchronized 블록 동기화
1. 인스턴스 블록 동기화
인스턴스 단위로 모니터가 동작하며
synchronized가 적용된 곳은 하나의 락을 공유한다.모든 인스턴스가 모니터를 가지기 때문에 모니터를 여러 인스턴스로 구분해서 동기화를 구성할 수 있다.
클래스의 인스턴스가 여러 개일 경우 인스턴스별로 모니터 객체를 가지며 스레드는 모니터 별로 락을 획득해서
synchronized영역을 진입하고 빠져 나올 때 락을 해제할 수 있다.
공유 변수를 사용하는 두 개의 메서드는 서로 다른 모니터를 사용하기 때문에 공유 변수에 동시 접근이 가능하다. 그래서 정확한 결과가 출력되지 않는다.
2. 정적 블록 동기화
클래스 단위로 모니터가 동작하며
synchronized가 적용된 곳은 하나의 락을 공유한다.모든 클래스가 모니터를 가지기 때문에 모니터를 여러 클래스로 구분해서 동기화를 구성할 수 있다.
클래스 모니터가 여러 개일 경우 스레드는 모니터 별로 락을 획득해서
synchronized영역을 진입하고 빠져 나올 때 락을 해제할 수 있다.
공유 변수를 사용하는 두 개의 메서드는 서로 다른 모니터를 사용하기 때문에 공유 변수에 동시 접근이 가능하다. 그래서 정확한 결과가 출력되지 않는다.
3. 인스턴스 블록 동기화 + 정적 블록 동기화
두 가지가 혼용되었을 경우 각 모니터 별로 동기화를 진행한다.
모니터가 섞여 있기 때문에 동기화가 의도한 대로 정확하게 동작하는지 주의가 필요하다.
4. 메서드 동기화 + 블록 동기화
모니터는
lock,MyClass,this,YourClass4개가 존재한다.1번 메서드와 4번 블록은 같은 모니터를 사용한다.(
this)2번 메서드와 5번 블록은 같은 모니터를 사용한다.(
MyClass)3번과 6번은 각각
lock과YourClass모니터를 사용한다.
주의해야 할 부분은
transfer()메서드이다.일단
this.lock과to.lock은 당연히 서로 다른 모니터다.송금을 위한 출금은 동시성 문제가 발생할 수 있기 때문에 락을 획득해야 한다.
그리고 락을 획득한 블록 안에서 받는 인스턴스의 락도 획득해야 한다. 왜냐하면 다른 스레드에서
to.deposit()을 실행하면balance의 공유 값이 변경 되어 버린다.즉 입금과 출금을 하나의 단위로 보장하기 위함이다.
synchronized 특성
synchronized 특성재진입성
모니터 내에서 이미
synchronized영역에 들어간 스레드가 다시 같은 모니터 영역에 들어갈 수 있는데, 이를 모니터 재진입이라고 한다.재진입 가능하다는 것은 락의 획득이 호출 단위가 아닌 스레드 단위로 일어난다는 것을 의미하며 이미 락을 획득한 스레드는 같은 락을 얻기 위해 대기할 필요 없이
synchronized블록을 만났을 때 같은 락을 확보하고 진입한다.
상속하게 되면 자식은 부모의 락과 동일한 락을 가지게 된다.
동기화 된 메서드에서 다른 동기화 된 메서드를 호출하는 경우 이미 락을 가지고 있는 스레드가 같은 락을 확보하고 재진입 시 데드락이 발생하지 않고 정상적으로 진행할 수 있게 된다.
가시성
가시성이란 한 스레드가 공유 자원을 수정하거나 쓰기 작업을 했을 때 다른 스레드가 수정한 내용이 보이는 것을 말한다.
그 외
sleep()을 실행한 스레드는 동기화 영역에서 대기 중이더라도 획득한 락을 놓거나 해제하지 않는다.synchronized의 동기화 영역에 진입하지 못하고 대기 중인 스레드는 인터럽트 되지 않는다.synchronized의 동기화 영역에 진입하지 못하고 대기 중인 스레드가 다시 경쟁해서 모니터를 획득하는 것은 순서가 정해져 있지 않다.(비공정성)모니터를 계속 획득하지 못하는 기아 상태의 스레드가 나올 수도 있지만 스케줄러가 적절하게 조절한다.
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