item 78) 공유 중인 가변 데이터는 동기화해 사용하라

synchronized 키워드

public synchronized void createNewTab(final String webSiteName) {
    ...
}

해당 메서드나 블록을 한번에 한 스레드씩 수행하도록 보장한다.
한 객체가 일관된 상태를 가지고 생성되고, 이 객체에 접근하는 메서드는 그 객체에 락을 건다.
락을 건 메서드는 객체의 상태를 확인하고 필요하면 수정하여 일관된 상태에서 다른 일관된 상태로 변화시킨다.
동기화를 제대로 사용하면 항상 일관된 상태를 볼 수 있다.
동기화 없이는 어떤 스레드가 만든 변화를 다른 스레드에서 확인하지 못할 수 있다.
동기화된 메서드나 블록에 들어간 스레드는 같은 락의 보호하에 수행된 최종 결과를 보여준다.

변수의 읽기/쓰기는 원자적

long, double 외에 변수를 읽고 쓰는 동작은 원자적이다.
따라서 여러 스레드가 같은 변수를 동기화없이 수정해도 정상적으로 저장한 값을 읽어올 수 있다.
스레드가 필드를 읽을 때 항상 수정이 반영된 값을 얻음을 보장하지만, 한 스레드가 저장한 값이 다른 스레드에 보이는지는 보장하지 않는다.

따라서 배타적 실행과 스레드 간의 안정적인 통신을 위해 동기화가 반드시 필요하다.

동기화는 읽기/쓰기 모두 적용할 것

스레드1은 자신의 boolean 필드가 true가 되면 멈추도록 하고, false로 초기화해둔다.
스레드2는 boolean 필드를 false로 초기화해두고, 스레드 1을 멈추고자 할 때 true로 변경한다.
동기화하지 않으면 스레드2가 수정한 값이 스레드1의 값에 언제 반영될 지 모른다.
이 때 boolean 필드값을 수정(read/write)하는 메서드가 동기화되어있어야 한다.

public class StopThread {
    private static boolean stopRequested;

    private static synchronized void requestStop() {
        stopRequested = true;
    }

    private static synchronized boolean stopRequested() {
        return stopRequested;
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread backgroundThread = new Thread(() -> {
            int i = 0;
            while (!stopRequested())
                i++;
        });
        backgroundThread.start();

        TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
        requestStop();
    }
}

쓰기와 읽기 모두 동기화되지 않으면 정상 동작을 보장하지 않는다.

volatile 한정자

배타적 수행과는 상관 없으나, 항상 최근에 기록된 값을 읽음을 보장한다.
자바 스레드는 필요한 데이터를 빠르게 접근하기 위해 메인 메모리에서 읽은 데이터를 CPU 캐시에 두고 사용한다.
volatile 한정자를 사용할 경우 CPU 캐시가 아닌 메인 메모리에 접근해 데이터를 사용하게 된다.
따라서 스레드 간의 안정적인 통신을 지원한다.
하지만 동기화 없이는 올바르게 동작하지 않는 경우도 있다.
아래 예제는 synchronized 한정자가 붙지 않은 메서드가 여러 스레드에서 불릴 경우, 같은 값이 여러 스레드에서 사용되어 중복된 nextSerialNumber 값이 사용될 수 있는 코드이다.
nextSerialNumber를 ++ 할 때 필드에 접근하여 값을 읽은 후 증가한 값을 저장하는데, 이 작업 사이에 다른 스레드에서 필드에 접근하면 SerialNumber가 중복될 수 있다.

private static volatile int nextSerialNumber = 0;

public static int generateSerialNumber() {
    return nextSerialNumber++;
}

따라서 메서드에 synchronized를 붙이고, 필드의 volatile을 제거해주어야 한다.

private static int nextSerialNumber = 0;

public static synchronized int generateSerialNumber() {
    return nextSerialNumber++;
}

atomic 패키지

AtomicLong 등을 담은 java.util.concurrent.atomic 패키지는 락 없이도 thread-safe한 프로그래밍을 지원하는 클래스들을 제공한다.
성능 역시 동기화 버전보다 우수하다.
스레드 간 안정적인 통신과 배타적 실행을 지원한다.

private static final AtomicLong nextSerialNumber = new AtomicLong();

public static long generateSerialNumber() {
    return nextSerialNumber.getAndIncrement();
}

정리

애초에 가변 데이터를 스레드끼리 공유하지 않는 것이 좋다.
가변데이터는 단일 스레드에서만 쓰고, 불변 데이터만 공유하거나 아무것도 공유하지 말자.
안전 발행을 통해 객체를 다른 스레드에 안전하게 건넬 수 있다.

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