아이템 78. 공유 중인 가변 데이터는 동기화해 사용하라

[coalong]

11장 동시성

11장은 동시성에 대한 내용이다.
동시성 프로그래밍을 명확하고 정확하게 만드는 것에 대해 설명한다.
여러 활동을 동시에 처리한다면 당연히 더 빠르게 처리할 수 있다.
멀티 코어 프로세서의 힘을 제대로 활용하려면 반드시 동시성의 개념을 배워야 한다.

동시성 프로그래밍이란?

겹친 시간동안 돌아가는 여러 개의 동작 시퀀스(sequence: 순서를 가진 여러 개를 말함)

• 동시성 프로그래밍에는 크게 두 가지의 실행 단위가 존재
  1. 프로세스
  2. 스레드

자바에서는 Thread 클래스를 이용해 이러한 동시성을 지원하고 있다.

프로세스(process)란?

실행 중인 프로그램

스레드(thread)란?

프로세스 내 작업 단위

[Java] 멀티 스레드 (Multi Thread)

[Thread] 동시성 프로그래밍

동시성 프로그래밍 1편 — Thread

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아이템 소개

동시성 프로그래밍을 만들 때 가변 데이터를 공유하는 상황이 생길 수 있다.
가변 데이터를 공유하는 상황에서는 동기화가 필수적이다.
이 때 동기화의 중요한 기능 2가지에 대해 고려하여 사용하자.

동기화란?

• 프로세스나 스레드들이 서로 알고있는 공유중인 데이터가 같은 것을 의미한다.
• 여러 스레드가 동시에 데이터에 접근하게되면 동기화에 주의를 기울여야 한다.

동기화의 중요한 2가지 기능

1. 배타적 실행
   • 현재 사용 중인 스레드만 접근이 가능하고, 다른 스레드가 접근하지 못하도록 일관성 유지
2. 스레드 간 안정적인 통신
   • 한 스레드가 데이터에 접근하여 수행한 최종 결과를 다른 스레드에서 읽을 수 있는 것.

📚 자바 언어에서 long 과 double 외의 변수를 읽고 쓰는 동작이 원자적(atomic)이다.

여러 스레드가 같은 변수를 동기화없이 수정하는 중이라도, 어떤 스레드가 정상적으로 저장한 값을 온전히 읽어오는 것을 보장한다는 의미

long 과 double 은 Non-atomic ?

• 원자성이란, 해당 데이터를 읽거나 쓰는데 한 번에 처리되는 것을 말한다.
• long 과 double 은 모두 8byte 로 64bit 인데 CPU 가 처리하는 기본 단위인 워드(32bit) 보다 길이가 길다.
• 그래서 메모리 할당을 한번에 해줄 수 없어 원자적이지 않다.

“앗! 그럼 성능을 높이기 위해 원자적 데이터를 읽고 쓸 때는 동기화하지 말아야겠다.”

No! ❌

• [스레드 간 안정적인 통신 ], “한 스레드가 저장한 값이 다른 스레드에게 보이는가” 는 보장하지 않는다.
• 결국, 원자적 데이터라도 수정된 필드를 보고 읽기 위해서는 동기화의 안정적인 통신이 필요하다.
• 공유하는 데이터를 동기화하는 많은 방법이 있는데, 책에서는 synchronized, Atomic class, volatile 를 사용해 동기화 방법을 제시한다.

1. synchronized

• synchronized 은 lock 을 걸어서 감싸진 영역은 한 번에 한 스레드씩 수행하도록 보장한다.
• synchronized 키워드는 1)배타적 실행과 2)스레드 간 안정적인 통신 모두 지원한다.
• 과도한 synchronized 의 사용은 성능을 떨어뜨리고, 교착상태에 빠뜨리기도 한다.

2. volatile

• volatile 은 2)스레드 간 안정적인 통신만 지원한다.
• 1개 스레드만 쓰기 작업을 하고 나머지 스레드에서 읽기 작업만 한다면 괜찮지만
  그 외 2개 이상의 스레드가 동시에 쓰기 작업을 막을 수 없기 때문에 배타적 실행은 지원하지 않는다.

3. Atomic class (java.util.concurrent.atomic)

• Atomic class 는 데이터의 원자성을 지킨다.
• 1)배타적 실행과 2)스레드 간 안정적인 통신 모두 지원한다.
• CAS(compare-and-swap), 저수준 CPU 연산 기술을 사용하여 synchronized 보다 좋은 성능을 보여준다.

핵심요약

• 되도록 가변 데이터는 공유하지 않고 단일 스레드에서만 쓰고, 불변 데이터를 공유하거나 아무것도 공유하지 말자!
• 그럼에도, 가변 데이터를 공유하는 상황이 온다면 데이터를 읽고 쓰는 동작은 동기화하자!
• 동기화할 때 동기화의 두가지 기능(배타적 실행, 안정적인 통신)을 기억하여 사용하자!
• 공유하는 데이터를 동기화하는데 여러 방법이 있는데, Lock 을 최소화하기 위해 Atomic 패키지를 활용하자!

References

JLS

• 17.4 Memory Model
• 17.7 Non-Atomic Treatment of double and long

Processes and Threads (The Java™ Tutorials >
Essential Java Classes > Concurrency)

자바의 동시성 프로그래밍, 가변 데이터를 동기화하는 3가지 방법(+a. 자바 기본 타입의 원자성에 대하여)

자바의 동시적 프로그래밍

멀티쓰레드 프로그래밍이 왜이리 힘드나요?

https://kukim.tistory.com/m/71

long 및 double 작성은 Java 에서 원자적이지 않습니까?

Java - AtomicInteger 사용 방법