1. 동기화

동기화의 기능

배타적 실행 : 한 스레드가 변경하는 중이라서 상태가 일관되지 않은 순간의 객체를 다른 스레드가 보지 못하게 막는다.
스레드 간 통신 : 한 스레드가 만든 변화를 다른 스레드에서 확인한다.

언어 명세상 long 과 double 외의 변수를 읽고 쓰는 동작은 원자적(atomic) 이다. 여러 스레드가 같은 변수를 동기화없이 수정하는 중이라도, 항상 어떤 스레드가 정상적으로 저장한 값을 온전히 읽어옴을 보장한다.

하지만, 성능을 위해서 원자적 데이터를 읽고 쓸 때 동기화를 하지 않는 것은 좋은 방법이 아니다. 자바 언어 명세는 스레드가 필드를 읽을 때 항상 수정이 완전히 반영된 값 을 얻는다고 보장한다. 하지만 한 스레드가 저장한 값이 다른 스레드에게 보이는가 는 보장하지 않는다. 동기화는 배타적 실행뿐 아니라 스레드 사이의 안정적인 통신에 꼭 필요하다. 공유 중인 가변 데이터를 비록 원자적으로 읽고 쓸 수 있을지라도 동기화에 실패하면 처참한 결과로 이어질 수 있다.

동기화를 하지 않은 잘못된 코드 예시

public class StopThread() {
		private static boolean 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);
				stopRequested = true;
		}
}

위의 코드는 무한반복 도는 루프문을 가진 스레드를 생성 후 1초뒤에 스레드를 멈추게 하는 코드이다. 정상적으로 작동할 것 같은 코드이나 실제로는 무한반복을 돈다.

원인은 동기화 에 있다. 동기화하지 않으면 메인 스레드가 수정한 값을 백그라운드 스레드가 언제쯤에나 보게 될지 보증할 수 없다. 동기화가 빠지면 JVM 이 다음과 같이 최적화할 수도 있다.

// 원래 코드
while (!stopRequested)
		i++;

// 최적화한 코드
if (!stopRequested)
		while (true)
				i++;

어떤 값이 여러 스레드에 걸쳐서 공유되는 값이라고 JVM 에게 알려주어야 그에 맞는 최적화를 한다. 아래는 올바르게 작동하도록 수정한 코드이다.

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()) // 메서드 호출하여 값 조회
								i++;
				});
				backgroundThread.start();

				TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
				requestStop(); // 메서드 호출하여 값 수정
		}
}

위의 코드는 사실 코드가 단순해서 동기화 없어도 원자적으로 동작한다. 그와 별개로 올바른 동기화를 하기 위해서는 위와 같이 쓰기 와 읽기 모두 동기화를 해야 한다. 쓰기만 동기화해도 될 것 같으나 실제로 값을 수정할 때 하나의 스레드가 Lock 을 걸고 있더라도 읽기 메서드를 호출하면 수정 전의 값을 조회할 수도 있다.

동기화는 배타적 수행 과 스레드 간 통신 이라는 두 가지 기능을 수행하는데, 이 코드에서는 그 중 통신 목적 으로만 사용되었다.

2. volatile

volatile 한정자는 배타적 수행과는 상관이 없지만 항상 가장 최근에 기록된 값 을 읽는다. 반복문에서 매번 동기화하는 비용이 크진 않지만 그래도 속도가 더 빠른 방법이다.

public class StopThread() {
		private static volatile boolean stopRequested; // volatile 설정

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

				TimeUnit.SECONDS.sleep(1);
				stopRequested = true;
		}
}

하지만 volatile 은 주의해서 사용해야 한다.

private static volatile int nextSerialNumber = 0;

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