java - synchronized 란? 사용법?

java - synchronized 란? 사용법?

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멀티스레드를 잘 사용하면 프로그램적으로 좋은 성능을 낼 수 있지만,

멀티스레드 환경에서 반드시 고려해야할 점인 스레드간 동기화라는 문제는 꼭 해결해야합니다.

 

예를 들어 스레드간 서로 공유하고 수정할 수 있는 data가 있는데 스레드간 동기화가 되지 않은 상태에서 

멀티스레드 프로그램을 돌리면, data의 안정성과 신뢰성을 보장할 수 없습니다.

 

따라서 data의 thread-safe 를 하기 위해 자바에서는 synchronized 키워드를 제공해 스레드간 동기화를 시켜 data의 thread-safe를 가능케합니다.

 

자바에서 지원하느 Synchronized 키워드는 여러개의 스레드가 한개의 자원을 사용하고자 할 때,

현재 데이터를 사용하고 있는 해당 스레드를 제외하고 나머지 스레드들은 데이터에 접근 할 수 없도록 막는 개념입니다.

 

Synchronized 키워드는 변수와 함수에 사용해서 동기화 할 수 있습니다.

하지만 Synchronized 키워드를 너무 남발하면 오히려 프로그램 성능저하를 일으킬 수 있습니다.

 

그 이윤 Synchronized 키워드를 사용하면 자바 내부적으로 메서드나 변수에 동기화를 하기 위해 block과 unblock을 처리하게 되는데 

이런 처리들이 만약 너무 많아지게 되면 오히려 프로그램 성능저하를 일으킬수 있는 것입니다. 

(block 과 unblock도 프로그램 내부적으로 어느정도  공수가 들어가는 작업입니다.)

 

따라서 적재적소에 Synchronized 키워드를 사용하는 것이 중요합니다!

 

// 1. 메서드에서 사용하는 경우

public synchronized void method(){// 코드}

 

 

// 2. 객체 변수에 사용하는 경우(block문)

private Object obj = new Object();

public void exampleMethod(){ synchronized(obj){//코드 }}

 

 

 

 

 

1. public class ThreadSynchronizedTest {
2.  
3.     public static void main(String[] args) {
4.     // TODO Auto-generated method stub
5.         Task task = new Task();
6.             Thread t1 = new Thread(task);
7.             Thread t2 = new Thread(task);
8.             </p><p>
9.             t1.setName("t1-Thread");
10.             t2.setName("t2-Thread");
11.              
12.             t1.start();
13.             t2.start();
14.     }
15.  
16. }
17.  
18. class Account{
19.     int balance = 1000;
20.       
21.     public void withDraw(int money){
22.      
23.         if(balance >= money){
24.             try{
25.                 Thread thread = Thread.currentThread();
26.                 System.out.println(thread.getName() + " 출금 금액 ->> "+money);
27.                 Thread.sleep(1000);
28.                 balance -= money;
29.                 System.out.println(thread.getName()+" balance:" + balance);
30.                  
31.             }catch (Exception e) {}
32.        
33.         }
34.     }
35. }
36.   
37. class Task implements Runnable{
38.     Account acc = new Account();
39.       
40.     @Override
41.     public void run() {
42.         while(acc.balance > 0){
43.             // 100, 200, 300 중의 한 값을 임의로 선택해서 출금(withDraw)한다.
44.             int money = (int)(Math.random() * 3 + 1) * 100;
45.             acc.withDraw(money);
46.        
47.         }
48.     }
49. }

 

위 예제에 대한 설명을 하면, 

 

Account 라는 클래스에는 balance 잔액과 이 잔액을 삭감시키는 인출메서드가 있습니다.

 

지난시간 스레드를 만들때 Runnable 인터페이스를 구현하여 Task를 만들고 이 Task를 Thread 생성시 생성자에 매개변수로 넣으면

우리가 만든 스레드가 Task에 정의되어있는 대로 일을 실행한다고 했습니다.

 

Runnable을 구현하여 만든 Task에 100,200,300 중 랜덤하게 값을 전달받아 moneny 변수에 할당하고 그 금액만큼 Account 인스턴스의 인출메서드를 호출해

 balance (잔액)을 출금시키는 일을 구현해놨습니다.

 

다음 main 메서드에서 스레드 t1, t2를 만들고 각각의 스레드 이름을 정의합니다.

t1, t2 스레드가 시작하면 잔액이 0이 될 때까지 두 스레드가 경쟁하며 출금시킬 것입니다.

 

 

결과화면

 

 

결과를 보면 분명 잔액이 0이 될때까지 출금을 하라고 햇는데 잔액이 마이너스가 됬습니다.

여기서 멀티스레드의 문제점이 발견됩니다. balance(잔액) thread-safe가 되지 않았기 때문에 t1 스레드가 잔액을 삭감하기 전에 

t2가 balance(잔액)에 접근해 삭감을 해버리고 다시 t1이 slee()에서 깨어나 balance(잔액) 을 삭감해버리기 때문에

 

잔액이 0 이하의 마이너스 값을 가지게 됩니다.

 

해결하는 방법은 간단합니다. 

공유데이터에 대한 접근과 수정이 이루어지는 메서드에 synchronized 키워드를 리턴타입 앞에 붙여주면 됩니다. 

t1스레드가 먼저 공유데이터나 메서드에 점유하고 있는 상태인 경우 block으로 처리하기 때문에 t1 이외의 스레드의 접근을 막습니다. 

 

t1스레드가 작업을 다 끝냈다면 .unblock으로 처리하여 t1 이외의 스레드의 접근을 허락합니다.

 

 

 

 

 

synchronized 키워드로 멀티스레드 동기화 처리

 

1. public class ThreadSynchronizedTest {
2.  
3.     public static void main(String[] args) {
4.         // TODO Auto-generated method stub
5.            Task task = new Task();
6.             Thread t1 = new Thread(task);
7.             Thread t2 = new Thread(task);
8.              
9.             t1.setName("t1-Thread");
10.             t2.setName("t2-Thread");
11.              
12.             t1.start();
13.             t2.start();
14.     }
15.  
16. }
17.  
18. class Account{
19.     int balance = 1000;
20.       
21.     public synchronized void withDraw(int money){
22.      
23.         if(balance >= money){
24.             try{
25.                 Thread thread = Thread.currentThread();
26.                 System.out.println(thread.getName() + " 출금 금액 ->> "+money);
27.                 Thread.sleep(1000);
28.                 balance -= money;
29.                 System.out.println(thread.getName()+" balance:" + balance);
30.                  
31.             }catch (Exception e) {}
32.        
33.         }
34.     }
35. }
36.   
37. class Task implements Runnable{
38.     Account acc = new Account();
39.       
40.     @Override
41.     public void run() {
42.         while(acc.balance > 0){
43.             // 100, 200, 300 중의 한 값을 임의로 선택해서 출금(withDraw)한다.
44.             int money = (int)(Math.random() * 3 + 1) * 100;
45.             acc.withDraw(money);
46.        
47.         }
48.     }
49. }

결과화면

 

 

 

synchronized 키워드를 사용함으로써 balance 공유데이터에 대한 thread-safe를 시켰기 때문에

데이터나 메서드 점유하고 있는 스레드가 온전히 자신의 작업을 마칠 수 있습니다.


다른 블로그에 좋은 글이 있어서 펌해봅니다
메소드 레벨의 동기화는 해당 인스턴스 자체로 락을 걸어버린다.

자바 동기화 블록은 메소드나 블록 코드에 동기화 영역을 표시하며 자바에서 경합 조건을 피하기 위한 방법으로 쓰인다.

 

 

 

자바 synchronized 키워드

 

 자바 코드에서 동기화 영역은 synchronizred 키워드로 표시된다. 동기화는 객체에 대한 동기화로 이루어지는데(synchronized on some object), 같은 객체에 대한 모든 동기화 블록은 한 시점에 오직 한 쓰레드만이 블록 안으로 접근하도록 - 실행하도록 - 한다. 블록에 접근을 시도하는 다른 쓰레드들은 블록 안의 쓰레드가 실행을 마치고 블록을 벗어날 때까지 블록(blocked) 상태가 된다.

 

synchronized 키워드는 다음 네 가지 유형의 블록에 쓰인다.

인스턴스 메소드

스태틱 메소드

인스턴스 메소드 코드블록

스태틱 메소드 코드블록

 

어떤 동기화 블록이 필요한지는 구체적인 상황에 따라 달라진다.

 

 

인스턴스 메소드 동기화

 

다음은 동기화 처리된 인스턴스 메소드이다.

 

public synchronized void add(int value){

      this.count += value;

}

 

메소드 선언문의 synchronized 키워드를 보자. 이 키워드의 존재가 이 메소드의 동기화를 의미한다.

 

인스턴스 메소드의 동기화는 이 메소드를 가진 인스턴스(객체)를 기준으로 이루어진다. 그러므로, 한 클래스가 동기화된 인스턴스 메소드를 가진다면, 여기서 동기화는 이 클래스의 한 인스턴스를 기준으로 이루어진다. 그리고 한 시점에 오직 하나의 쓰레드만이 동기화된 인스턴스 메소드를 실행할 수 있다. 결국, 만일 둘 이상의 인스턴스가 있다면, 한 시점에, 한 인스턴스에, 한 쓰레드만 이 메소드를 실행할 수 있다. 

 

인스턴스 당 한 쓰레드이다. 

 

 

스태틱 메소드 동기화

 

스태틱 메소드의 동기화는 인스턴스 메소드와 같은 방식으로 이루어진다.

 

public static synchronized void add(int value){

      count += value;

}

역시 선언문의 synchronized 키워드가 이 메소드의 동기화를 의미한다.

 

스태틱 메소드 동기화는 이 메소드를 가진 클래스의 클래스 객체를 기준으로 이루어진다. JVM 안에 클래스 객체는 클래스 당 하나만 존재할 수 있으므로, 같은 클래스에 대해서는 오직 한 쓰레드만 동기화된 스태틱 메소드를 실행할 수 있다.

 

만일 동기화된 스태틱 메소드가 다른 클래스에 각각 존재한다면, 쓰레드는 각 클래스의 메소드를 실행할 수 있다.

 

클래스 -쓰레드가 어떤 스태틱 메소드를 실행했든 상관없이- 당 한 쓰레드이다.

 

 

인스턴스 메소드 안의 동기화 블록

 

동기화가 반드시 메소드 전체에 대해 이루어져야 하는 것은 아니다. 종종 메소드의 특정 부분에 대해서만 동기화하는 편이 효율적인 경우가 있다. 이럴 때는 메소드 안에 동기화 블록을 만들 수 있다.

 

public void add(int value){

 

    synchronized(this){

       this.count += value;   

    }

  }

 

이렇게 메소드 안에 동기화 블록을 따로 작성할 수 있다. 메소드 안에서도 이 블록 안의 코드만 동기화하지만, 이 예제에서는 메소드 안의 동기화 블록 밖에 어떤 다른 코드가 존재하지 않으므로, 동기화 블록은 메소드 선언부에 synchronized 를 사용한 것과 같은 기능을 한다.

 

동기화 블록이 괄호 안에 한 객체를 전달받고 있음에 주목하자. 예제에서는 'this' 가 사용되었다. 이는 이 add() 메소드가 호출된 객체를 의미한다. 이 동기화 블록 안에 전달된 객체를 모니터 객체(a monitor object) 라 한다. 이 코드는 이 모니터 객체를 기준으로 동기화가 이루어짐을 나타내고 있다. 동기화된 인스턴스 메소드는 자신(메소드)을 내부에 가지고 있는 객체를 모니터 객체로 사용한다.

 

같은 모니터 객체를 기준으로 동기화된 블록 안의 코드를 오직 한 쓰레드만이 실행할 수 있다.

 

다음 예제의 동기화는 동일한 기능을 수행한다.

 

 public class MyClass {

  

    public synchronized void log1(String msg1, String msg2){

       log.writeln(msg1);

       log.writeln(msg2);

    }

 

  

    public void log2(String msg1, String msg2){

       synchronized(this){

          log.writeln(msg1);

          log.writeln(msg2);

       }

    }

  }

 

한 쓰레드는 한 시점에 두 동기화된 코드 중 하나만을 실행할 수 있다. 여기서 두 번째 동기화 블록의 괄호에 this 대신 다른 객체를 전달한다면, 쓰레드는 한 시점에 각 메소드를 실행할 수 있다. -동기화 기준이 달라지므로.

 

 

스태틱 메소드 안의 동기화 블록

 

다음 예제는 스태틱 메소드에 대한 것이다. 두 메소드는 각 메소드를 가지고 있는 클래스 객체를 동기화 기준으로 잡는다.

 

 public class MyClass {

 

    public static synchronized void log1(String msg1, String msg2){

       log.writeln(msg1);

       log.writeln(msg2);

    }

 

  

    public static void log2(String msg1, String msg2){

       synchronized(MyClass.class){

          log.writeln(msg1);

          log.writeln(msg2);  

       }

    }

  }

 

같은 시점에 오직 한 쓰레드만 이 두 메소드 중 어느 쪽이든 실행 가능하다. 두 번째 동기화 블록의 괄호에 MyClass.class 가 아닌 다른 객체를 전달한다면, 쓰레드는 동시에 각 메소드를 실행할 수 있다.

 

 

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