[Java] 쓰레드의 동기화(Synchronization of threads)

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이 글의 목적

  • 쓰레드 동기화(Synchronization of threads)에 대한 개념을 잡을 수 있다.

공유 객체를 사용할 때의 주의할 점

멀티 스레드 프로세스에서는 다른 스레드의 작업에 영향을 미칠 수 있다.

  • 여러 쓰레드가 같은 자원을 공유하기 때문에 메모리도 공유한다. 그렇기 때문에 스레드 A가 작업하던 것을 마치지 못하고 스레드 B의 차례로 넘어갔을 때, 스레드 B가 스레드 A의 자원에 영향을 줄수가 있다.

예시

User1 스레드가 Calculator 객체의 memory 필드에 100을 먼저 저장하고 2초간 일시 정지 상태가 된다. 그 동안에 User2 스레드가 memory 필드 값을 50으로 변경한다. 2초가 지나 User1 스레드가 다시 실행상태가 되어 memory 필드의 값을 출력하면 User 2에서 저장한 50이 나온다.

  • MainThreadExample.java: 메인 스레드가 실행하는 코드 
    public class MainThreadExample {
  public static void main(String[] args) {
      Calculator calculator = new Calculator();

      User1 user1 = new User1();
      user1.setCalculator(calculator);
      user1.start();

      User2 user2 = new User2();
      user2.setCalculator(calculator);
      user2.start();
  }
}
  • Calculator.java: 공유 객체 
    public class Calculator {
  private int memory;

  public int getMemory() {
      return memory;
  }

  public void setMemory(int memory) { //계산기에 메모리 값을 저장하는 메소드
      this.memory = memory;           //매개값을 memory 필드에 저장
      try{
          Thread.sleep(2000);   //스레드를 2초간 일시정지시킴
      }catch(InterruptedException e){}
      System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":"+this.memory);//스레드의 이름: 메모리값
  }
}
  • User1.java: User1 스레드 
    public class User1 extends Thread {
  //private으로 해야 동기화가 의미가 있다. private이 아니게 되면 클래스 밖에서 값을 마음대로 바꿀 수 있기 때문이다.
  private Calculator calculator;

  public void setCalculator(Calculator calculator) {
      this.setName("CalculatorUser1"); //스레드 이름을 CalculatorUser1로 설정
      this.calculator = calculator;    //공유객체인 Calculator를 필드에 저장
  }
    
  public void run(){
      calculator.setMemory(100); //공유 객체인 Calculator의 메모리에 100을 저장
  }
}
  • User2.java: User2 스레드 
    public class User2 extends Thread {
  //private으로 해야 동기화가 의미가 있다. private이 아니게 되면 클래스 밖에서 값을 마음대로 바꿀 수 있기 때문이다.
  private Calculator calculator;

  public void setCalculator(Calculator calculator) {
      this.setName("CalculatorUser2"); //스레드 이름을 CalculatorUser2로 설정
      this.calculator = calculator;    //공유객체인 Calculator를 필드에 저장
  }

  public void run(){
      calculator.setMemory(50); //공유 객체인 Calculator의 메모리에 50을 저장
  }
}

  • 쓰레드의 동기화: 한 스레드가 진행중인 작업을 다른 쓰레드가 간섭하지 못하게 막는 것
    진행중인 작업이 다른 스레드에게 간섭받지 않게 하려면 동기화가 필요하다.

  • 임계 영역(Critical section): 멀티 스레드 프로그램에서 단 하나의 스레드만 실행할 수 있는 코드 영역
    동기화를 하려면 간섭받지 않아야 하는 문장들을 임계영역으로 설정한다.
    임계영역은 락(lock, 자물쇠)을 얻은 단 하나의 쓰레드만 출입가능(객체 1개에 락 1개)

Synchronized를 이용한 동기화

synchronized로 임계영역(lock이 걸리는 영역)을 설정하는 방법 2가지

//1. 메서드 전체를 임계영역으로 지정
public synchronized void setMemory(int memory) { //계산기에 메모리 값을 저장하는 메소드
    this.memory = memory;           //매개값을 memory 필드에 저장
    try{
        Thread.sleep(2000);   //스레드를 2초간 일시정지시킴
    }catch(InterruptedException e){}
    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":"+this.memory);//스레드의 이름: 메모리값
}

//2. 특정한 영역을 임계 영역으로 지정
public void setMemory(int memory) { //계산기에 메모리 값을 저장하는 메소드
    synchronized(this){//this: 공유 객체인 Calculator의 참조(잠금 대상)
        this.memory = memory;           //매개값을 memory 필드에 저장
        try{
            Thread.sleep(2000);   //스레드를 2초간 일시정지시킴
        }catch(InterruptedException e){}
        System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ":"+this.memory);//스레드의 이름: 메모리값
    }
}

임계영역은 한 번에 한 쓰레드만 사용할 수 있기 때문에 영역을 최소화해야 한다. 임계영역이 많을 수록 성능이 떨어진다. 멀티 스레드의 장점이 동시에 여러개가 돌아가는 것이나, 임계영역에서는 1번에 1개의 스레드만 임계영역에 들어갈 수 있다. 그러므로 가능하면 임계영역의 갯수도 최소화하고, 영역도 좁아야한다.

참고