자바 스레드(Thread)와 동기화(Synchronization) 기법 이해하기

자바 스레드(Thread)와 동기화(Synchronization)의 개념

Multithreading in Java

자바는 스레드(Thread)를 지원하여 다중 작업(multitasking)을 가능하게 합니다. 스레드란, 프로세스 내에서 실행되는 독립적인 실행 단위입니다. 각각의 스레드는 독립적으로 실행되며, 여러 개의 스레드가 동시에 작업할 수 있습니다. 자바에서 스레드를 생성하고 관리하는 방법에 대해 이해해보도록 하겠습니다.

스레드를 사용하면, 여러 개의 작업을 동시에 처리할 수 있습니다. 예를 들어, 네트워크 요청을 보내는 작업과 화면을 그리는 작업을 동시에 처리하여 사용자 경험을 개선할 수 있습니다. 하지만, 스레드를 사용할 때는 동기화(Synchronization) 문제가 발생할 수 있습니다. 이후, 스레드 동기화를 위한 synchronized 키워드 사용 방법을 살펴보도록 하겠습니다.

스레드 동기화를 위한 synchronized 키워드 사용

스레드를 사용하면, 여러 개의 스레드가 동시에 실행됩니다. 이때, 스레드가 공유 객체를 사용할 경우, 동시에 접근하게 되면 문제가 발생할 수 있습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 자바에서는 synchronized 키워드를 제공합니다.

synchronized 키워드는, 한 번에 하나의 스레드만이 접근할 수 있도록 합니다. 이를 통해, 스레드 간의 경쟁 상황을 방지하고, 안전하게 공유 객체에 접근할 수 있도록 합니다. synchronized 키워드는 다음과 같이 사용됩니다.

public synchronized void method() {
    // 동기화된 코드
}

위의 코드에서, method() 메서드는 synchronized로 정의되어 있습니다. 이는, 하나의 스레드만이 method() 메서드 내부의 코드를 실행할 수 있도록 합니다. synchronized 메서드는, 다른 synchronized 메서드와 함께 사용될 때, 해당 객체의 모니터링 락을 사용합니다.

synchronized 메서드는, 메서드 전체를 동기화하므로, 메서드의 실행이 끝날 때까지 다른 스레드들이 대기해야 합니다. 이는 성능 저하를 유발할 수 있으므로, synchronized 블록을 사용하는 것이 더욱 효율적입니다.

synchronized 블록은 다음과 같이 사용됩니다.

public void method() {
    synchronized(this) {
        // 동기화된 코드
    }
}

위의 코드에서, synchronized(this) 블록은 this 객체의 모니터링 락을 사용합니다. 이를 통해, synchronized 메서드보다 더욱 세밀한 동기화를 구현할 수 있습니다.

데드락(Deadlock)과 스레드 안전(Thread safety) 이슈

스레드 동기화를 사용할 때, 데드락(Deadlock)이 발생할 수 있습니다. 데드락은, 두 개 이상의 스레드가 서로의 작업이 끝나기를 기다리며, 아무 작업도 수행하지 못하는 상황을 말합니다. 이는, 스레드 간의 경쟁 상황이 발생할 때 발생할 수 있습니다.

데드락을 방지하기 위해서는, 스레드 간의 경쟁 상황을 최소화하는 것이 중요합니다. 이를 위해, 스레드 간의 작업 순서를 지정하거나, 더욱 세밀한 동기화 방법을 사용할 수 있습니다.

또한, 스레드 동기화를 사용할 때, 스레드 안전(Thread safety) 이슈도 고려해야 합니다. 스레드 안전이란, 여러 개의 스레드가 동시에 해당 객체를 사용할 때, 안전하게 사용할 수 있는 상태를 말합니다. 이를 위해, 스레드 동기화를 적절하게 사용하는 것이 중요합니다.

자바에서의 고급 스레드 동기화 기법 및 활용 방법

자바에서는, 스레드 동기화를 위한 다양한 기법을 제공합니다. 이를 통해, 스레드 간의 경쟁 상황을 최소화하고, 안전하게 공유 객체를 사용할 수 있습니다.

volatile 키워드

volatile 키워드는, 변수를 동기화하는 데 사용됩니다. volatile 변수는, 여러 개의 스레드에서 사용될 때, 해당 변수가 항상 최신 상태를 유지하도록 보장합니다.

public class MyRunnable implements Runnable {
    private volatile boolean running = true;

    public void run() {
        while (running) {
            // 실행할 코드
        }
    }

    public void stop() {
        running = false;
    }
}

위의 코드에서, running 변수는 volatile로 정의되어 있습니다. 이를 통해, stop() 메서드에서 running 변수를 변경하더라도, 다른 스레드에서 항상 최신 값을 읽을 수 있습니다.

ReentrantLock 클래스

ReentrantLock 클래스는, 락(뮤텍스)을 관리하기 위한 클래스입니다. synchronized와 유사한 기능을 제공하지만, 더욱 세밀한 동기화를 구현할 수 있습니다.

import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class MyRunnable implements Runnable {
    private final ReentrantLock lock = new ReentrantLock();

    public void run() {
        lock.lock();
        try {
            // 실행할 코드
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}

위의 코드에서, ReentrantLock 클래스를 사용하여 lock 객체를 생성합니다. lock() 메서드를 사용하여 락을 획득하고, unlock() 메서드를 사용하여 락을 해제합니다.

ReadWriteLock 클래스

ReadWriteLock 클래스는, 읽기와 쓰기 작업을 분리하여 락을 관리하는 클래스입니다. 이를 통해, 읽기 작업과 쓰기 작업이 함께 발생할 때, 더욱 효율적으로 락을 관리할 수 있습니다.

import java.util.concurrent.locks.ReadWriteLock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock;

public class MyRunnable implements Runnable {
    private final ReadWriteLock lock = new ReentrantReadWriteLock();

    public void run() {
        lock.readLock().lock();
        try {
            // 읽기 작업 실행
        } finally {
            lock.readLock().unlock();
        }

        lock.writeLock().lock();
        try {
            // 쓰기 작업 실행
        } finally {
            lock.writeLock().unlock();
        }
    }
}

위의 코드에서, ReadWriteLock 클래스를 사용하여 lock 객체를 생성합니다. readLock() 메서드와 writeLock() 메서드를 사용하여, 각각 읽기 락과 쓰기 락을 획득하고 해제합니다.

결론

이번 글에서는, 자바 스레드(Thread)와 동기화(Synchronization) 기법에 대해 알아보았습니다. 스레드를 사용하면, 여러 개의 작업을 동시에 처리할 수 있지만, 동기화 문제가 발생할 수 있습니다. 이를 해결하기 위해, synchronized 키워드를 사용하여 스레드 동기화를 구현할 수 있습니다. 또한, 자바에서는 다양한 고급 스레드 동기화 기법을 제공하므로, 적절한 기법을 선택하여 스레드 동기화를 구현할 수 있습니다.