아이템 78. 공유 중인 가변 데이터는 동기화해 사용하라

[fairsun]

synchronized 키워드

• 메서드나 블록을 한번에 한 스레드씩 수행하도록 보장
• 배타적 실행 : 한 스레드가 변경하는 중이라서 상태가 일관되지 않은 순간의 객체를 다른 스레드가 보지 못하게 막는다.
  • 동기화를 제대로 사용하면 어떤 메서도도 이 객체의 상태가 일관되지 않은 순간을 볼 수 없을 것이다.
• 동기화된 메서드나 블록에 들어간 스레드가 같은 락의 보호하에 수행된 모든 이전 수정의 최종 결과를 보게 해준다.

원자적(atomic)

• long과 double 외의 변수를 읽고 쓰는 동작은 원자적이다.
• 여러 스레드가 같은 변수를 동기화 없이 수정하는 중이라도, 항상 어떤 스레드가 정상적으로 저장한 값을 온전히 읽어롬을 보장한다는 뜻.
• 스레드가 필드를 읽을 때 항상 "수정이 완전히 반영된" 값을 얻는다고 보장하지만, 한 스레드가 저장한 값이 다른 스레드에게 "보이는가"는 보장하지 않는다.

메모리 모델

• 한 스레드가 만든 변화가 다른 스레드에게 언제 어떻게 보이는지를 규정한 자바의 메모리 모델

잘못된 코드 - 이 프로그램은 얼마나 오래 실행될까?

• 첫 번째 스레드 : boolean 필드를 폴링하면서 그 값이 true가 되면 멈춘다.
• 다른 스레드에서 이 스레드를 멈추고자 할 때 true로 변경.

  
  import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class StopThread { private static boolean stopRequested;

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

    backgroundThread.start();

    TimeUnit.SECONDS.sleep(1);

    stopRequested = true;
}

}

- 동기화하지 않으면 메인 스레드가 수정한 값을 백그라운드 스레드가 언제쯤에나 보게 될지 보증할 수 없다.
- 동기화가 빠지면 가상머신이 다음과 같은 최적화를 수행할 수도 있는 것이다.
~~~java
           if(!stopRequested) {
               while (true) {
                   i++;
               }
           }

적절히 동기화해 스레드가 정상 종료한다.

• 쓰기 메서드와 읽기 메서드 모두가 동기화 되지 않으면 동작을 보장하지 않는다.
• 두 쓰레드간 통신 목적으로만 사용된 코드

  
  import java.util.concurrent.TimeUnit;

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();
}

}

### volatile 필드를 사용해 스레드가 정상 종료한다.
- 배타적 수행과는 상관없지만 항상 가장 최근에 기록된 값을 읽게 됨을 보장한다.
- 속도가 더 빠른 대안
~~~java
import java.util.concurrent.TimeUnit;

public class StopThread {
    private static volatile 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;
    }
}

• 안전 실패(safety failure)
  • 증가 연산자(++)
  • volatile -> synchronized
  • int -> long

    
    private static volatile int nextSerialNumber = 0;

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

#### java.util.concurrent.atomic을 이용한 lock-free 동기화(#59)
- AtomicLong :  thread safe 
- 통신 + 배타적 실행
- 성능도 우수
~~~~java
private static final AtomicLong nextSerialNumber = new AtomicLong();

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

결론

• 가변 데이터는 단일 스레드에서만 쓰자.
  • 불변 데이터만 공유하거나(#17) 아무것도 공유하지 말자.
• 문서화해 놓기
• 한 스레드가 데이터를 다 수정한 후 다른 스레드에 공유할 때는 해당 객체에서 공유하는 부분만 동기화해도 된다.
  • 사실상 불편 : 그 객체를 다시 수정할 일이 생기기 전까지 다른 스레드들은 동기화 없이 자유롭게 값을 읽어 갈 수 있다.
  • 안전 발행 : 다른 스레드에 이런 객체를 건네는 행위
• 객체를 안정하게 발행하는 방법
  • 클래스 초기화 과정에서 객체를 정적 필드, volatile 필드, final 필드, 홀은 보통의 락을 통해 접근하는 필드에 저장
  • 동시성 컬렉션(#81)에 저장하는 방법