lee-ji-hoon
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2 years ago 1. Thread-safe란 무엇인가요?
Thread-safe 즉 쓰레드 안전은 멀티 쓰레드 프로그래밍에서 일반적으로 어떤 함수나 변수 혹은 객체가 여러 쓰레드로부터 동시에 접근이 이루어져도 프로그램의 실행에 문제가 없음을 뜻합니다.
정확히 말하자면 하나의 함수가 한 쓰레드로부터 호출돼 실행 중일 때, 다른 쓰레드가 그 함수를 호출하여 동시에 함께 실행하더라도 각 쓰레드에서의 함수의 수행 결과가 올바르게 나오는 것입니다.
이렇게 말로만 하면 어려우니 저희가 스터디에서 사용중인 언어인 Java 의 synchronized 로 한 번 보면 좋을 것 같습니다.
1) Java Thread 2개로 1억 만들기
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sum 변수가 인스턴스 변수로 공유돼고 있는 상태입니다.
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이 상태에서 두 개의 쓰레드로 1억을 만들어야한다.
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예제를 코드로 만들어보았는데 이때 예상과는 다르게 1억이 아니라 매번 다른 값이 나오게 됩니다.
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그 이유는 쓰레드가 공유 변수를 건들면서 동시에 접근을 하다보니 생기는 문제입니다!
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이렇게 같은 공유 메모리에 write하는 행위를 Data Race라고도 합니다.
2) Java의 synchronized적용 후 Thread 2개로 1억 만들기
- 이처럼 공유 변수를 건드리는 쪽에
synchronized키워드를 붙이면 객체가 가진 고유락으로 동시성 문제를 해결할 수 있습니다. - 즉 이 코드는 Thread-safe한 코드라고 볼 수 있습니다!
이처럼 자바는 동시성 문제를 해결 즉 Thread-safe해주게 만들어주는 방법들이 여러가지가 있습니다. volatile, Atomic 패키지 등등
public class SingletonClass {
private static SingletonClass instance;
public String sampleString = "Sample String";
public SingletonClass() { } // 기본 생성자
public static synchronized SingletonClass getInstance() {
if (instance == null) { // 기존 인스턴스가 존재하지 않는다면 새로 새성
instance = new SingletonClass();
}
return instance; // instance 반환
}
public static void main(String[] args) {
SingletonClass instance1 = getInstance();
SingletonClass instance2 = getInstance();
System.out.println("instance1 = " + instance1); // 같은 해쉬코드 반환
System.out.println("instance2 = " + instance2); // 같은 해쉬코드 반환
System.out.println("우리 둘 싱글톤 맞어? -> " + (instance1 == instance2));
}
}
2. Thread-safe와 Reentrant의 차이점이 뭔가요?
1) Thread-safe
쓰레드 안전은 다중 쓰레드가 동시에 같은 로직을 실행하는 경우에도 결과가 정확함을 보장한다는 것입니다. 여러 쓰레드가 클래스에 접근할 때 실행 환경이 해당 쓰레드들의 실행을 어떻게 스케쥴 하든 끼워 넣든, 호출하는 쪽에서 추가적인 동기화나 다른 조율 없이도 정확하게 동작하면 해당 클래스는 쓰레드 안전하다고 말합니다.
예시로 풀어서 말하자면 아래와 같습니다.
- 접근이 가능한 변수가 존재하는데 멀티 쓰레드를 지원하는 환경이다.
- 해당 전역 변수를 그냥 호출해도 문제가 없고 다수의 쓰레드에 의해서 호출돼도 문제가 발생하지 않아야 합니다.
- 다만 이러한 전역 변수를 사용할 때는
Data Race를 막기 위해서 뮤텍스 락으로 보호만 해놨을 뿐입니다.2) Reentrant
재진입가능은 다중 쓰레드가 동시에 같은 로직을 실행할 수 있도록 구현해서 Thread-safe를 지원하는 환경입니다.
이 내용도 간단히 풀어서 말하면 재귀호출 했을 때 문제가 생기지 않는 함수를 말합니다.
3. Thread-safe하게 구현하기 위한 방법은 무엇이 있을까요?
1) synchronized -> 1번 내용에서 이미 예시로 들었으므로 패스하겠습니다!
2) volatile
volatile 키워드를 사용해서 해결할 수 있지만 이 경우에는 하나의 쓰레드만 read하는 상황에서 사용해야 하며 성능도 생각해야 합니다. 즉 쓰레드가 증가 연산자 처럼 필드를 읽고 수정하는 연산을한다면 두 번째 쓰레드가 비집고 들어와서 새로운 값을 저장해버릴수도 있습니다.
3) Atomic
4) 피터슨 알고리즘
2개의 쓰레드일때 boolean값 flag를 직접 만들어서 Lock을 걸어줄 수 있는 피터슨 알고리즘이 있습니다. 즉 쓰레드마다 flag를 가지고 계속 while문 돌려서 사용가능한지 판별하는 겁니다. 그러나 현재의 CPU는 순차적으로 쓰레드를 실행시키지 않아 피터슨 알고리즘이 먹히지 않습니다. 피터슨 알고리즘과 같이 일반적인 프로그래밍 방식으로는 멀티 쓰레드에서 안정적으로 돌아가는 프로그램을 만들 수 없습니다.
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