[병행성]규칙66. 변경 가능 공유 데이터에 대한 접근은 동기화하라

synchronized 키워드는 특정 메서드나 코드 블록을 한번에 한 스레드만 사용하도록 보장한다. 동기화는 스레드가 일관성이 깨진 객체를 관측할 수 없도록 할 뿐 아니라(하나의 스레드만 이용), 동기화 메서드나 동기화 블록에 진입한 스레드가 동일한 락의 보호 아래 이루어진 모든 변경의 영향을 관측할 수 있도록 보장한다(기존의 스레드가 변경한 내용을 새로운 스레드가 관측 가능). 

 성능을 높이기 위해서는 원자적 데이터를 읽거나 쓸 때 동기화를 피해야 한다는 이야기를 자주 들어봤을 것이다. 상호 배제성뿐 아니라 스레드 간의 안정적 통신을 위해서도 동기화는 반드시 필요하다. 즉 하나의 스레드만 이용할 수 있도록 하는 것의 용도 뿐만아니라 스레드 간의 안정적 통신을 위해서는 동기화를 사용해야 한다는 뜻이다. 자바의 메모리 모델 명세 때문이다. 메모리 모델은 한 스레드가 만든 변화를 다른 스레드가 볼 수 있게 되는 시점과, 그 절차를 규정하기 때문이다. 즉 기존의 스레드가 변경한 내용을 새로운 스레드가 알도록 하는 것을 규정한다는 것.

public class StropThread { private static boolean stopRequested; public static void main(String[] args) throws InterruptedException { Thread backgroundThread = new Thread(new Runnable() { public void run() { int i = 0; while ( !stopRequested) i ++ ; } } backgroundThread.start(); TimeUnit.SECONDS.sleep(1); stopRequested = true; } }

위의 클래스는 Thread.stop 대신 boolean 필드를 이용하여 스레드를 제어 했다. stop메서드는 안전성이 결여되어있으므로 사용하면 안된다. 위의 프로그램은 1초가 지나면 main 스레드가 stopRequested의 값을 true로 바꾸므로, 후면 스레드가 실행하는 순환문도 그 때 종료될 것 같다. 하지만 그렇지 않다.

이 프로그램의 문제는 동기화 메커니즘을 적용하지 않은 탓에 main스레드가 변경한 stopRequest의 새로운 값을 후면 스레드가 언제쯤 보게 될지 알 수가 없다는 것이다. 위의 프로그램은 아래와 같이 변경되어야 한다.

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(new Runnable() { public void run() { int i = 0; while ( !stopRequested()) i++; } } backgroundThread.start(); TimeUnit.SECONDS.sleep(1); requestStop(); } }

 하지만 StopThread의 동기화 메서드가 하는일은 동기화 없이도 원자적이다. 다시 말해서, 이들 메서드에 동기화를 적용한 것은 상호배제성을 달성하기 위해서가 아니라, 순전히 스레드 간 통신 문제를 해결하기 위해서 였다는 것이다. 동기화를 실행하는 비용이 크기 때문에 좀더 개선하기 위해서는 stopRequested를 volatile로 선언하면 최적화에서 제외되므로 좀 더 나은 성능을 얻을 수 있다. 

요약

변경 가능한 데이터를 공유하지 않는 것이 가장 좋다. 그러나 공유해야만 하는 경우에는 해당 데이터를 읽거나 쓰는 모든 스레드는 동기화를 수행해야 한다는 것이다. 동기화를 하지 않으면 다른 스레드가 만든 변경사항을 관측할 수 있으리라는 보장을 할 수 가 없다.  변경 가능 데이터를 적절히 동기화하지 않으면 생존 오류나 안전 오류(2개 이상의 스레드에 안전하지 않음. 변경도중 다른스레드가 접근)가 생긴다.