자바의 동기화 2 - synchronized

자바의 동기화 방식에는 크게 volatile, synchronized, atomic이 있다. 앞서 volatile은 가시성은 보장해주지만, 동시성은 보장해주지 못함을 알아보았다. 이번에는 동시성도 보장해주는 synchronized 에 대해 정리해보았다. synchronized는 공유자원에 동시에 한 스레드만 접근할 수 있도록 할 수 있다. 이는 메소드 전체와 블록 단위로 적용할 수 있다. 또한, 접근 level은 instance-level lock 혹은 (static을 사용하여) class-level lock의 level로 사용할 수 있다. 이에 대해 정리해보았다.

1. synchronized method

해당 메소드를 호출한 인스턴스 단위로 동기화해줄 수 있다. 해당 인스턴스의 한 스레드만 접근 가능하다. 여러 인스턴스라면, 각각 한 스레드만 접근할 수 있다.

코드 영역 : 메소드 전체를 동기화한다.
대상 : 해당 메소드를 호출한 인스턴스 자체가 동기화된다. 인스턴스당 한 스레드만 접근 가능하다.

synchronized메소드(임계 영역)에 접근하면 lock이 걸리고, 이 코드를 실행 후 메소드가 종료되면 unlock된다. 그 후에 다른 스레드가 접근할 수 있다.

public synchronized void func( ) {
  // 메소드 전체가 동기화
}

만약 한 인스턴스에 여러 synchronized메소드들이 있다면 모두 lock을 공유한다. 한 스레드가 synchronized 메소드를 호출하는 순간, 다른 모든 synchronized 메소드는 lock이 걸려 호출할 수 없다(synchronized가 아닌 일반 메소드는 상관없이 호출 가능하다).

public synchronized void func1( ) {
  // 메소드 전체가 동기화
}

public synchronized void func2( ) {
  // 메소드 전체가 동기화
}

public void func3( ) {
  // 언제나 호출 가능
}

synchronized method는 기본적으로 해당 클래스의 모든 synchronized method들이 함께 동기화된다. 따라서 한 인스턴스가 어떤 synchronized method에 진입하면, 다른 synchronized method들 모두가 사용하지 못한다. 이때 lock 객체를 사용하면, 해당 synchronized method만 동기화할 수 있다. 이를 예시와 함께 정리해보았다!

synchronized method에서 lock의 역할?

synchronized : 따로 lock을 지정 안 해줄 경우
해당 클래스의 모든 synchronized 메소드들 전체에 동기화가 걸린다. 따라서 어떤 인스턴스가 synchronized 메소드에 진입하면, 다른 synchronized 메소드들 모두 block된다.
```
class X { 
	public synchronized void foo() { 
		... 
	} 
}
```
synchronized(lock) : 메소드에 lock객체 지정해줄 경우
해당 메소드에만 lock이 걸린다. 다른 synchronized 메소드들은 진입가능하다!
```
class X { 

	object lock = new Object(); 

	public synchronized(lock) void foo() { 
		... 
	} 
}
```

따라서 다음과 같이 사용하면 된다.

synchronized : 메소드에 따로 lock을 지정 안 해준 상황
- 클래스의 모든 synchronized 메소드들을 동시에 동기화하고 싶은 경우
synchronized(lock) : 메소드에 lock 객체 지정해준 상황
- 해당 메소드만 동기화해주고 싶은 경우

2. static synchronized method

synchronized method는 이 메소드를 실행한 인스턴스에 대해서 동기화 처리를 한다. (instance-level lock) 따라서, 여러 인스턴스들이 각각 1개씩 메소드를 실행할 수 있다.

static synchronized method는 해당 클래스 단위로 동기화 처리를 한다. 여러 인스턴스가 동시에 해당 메소드를 실행할 수 없다. 클래스 전체에서 오직 하나의 스레드만이 동작할 수 있다.

// static synchronized method
public static synchronized void func() { 

}

3. synchronized block

위의 두가지 synchronized method는 메소드 단위로 동기화를 한다. 따라서 불필요한 코드 영역까지 동기화되는 단점이 있다. 블록 단위로 지정할 경우, 필요한 범위만 동기화할 수 있다. 이또한 해당 인스턴스의 한 스레드만 접근할 수 있다.

코드 영역 : 지정한 블록만큼만 동기화한다.
대상 : 지정하는 범위만 동기화할 수 있다.
- 블록 내부의 멤버필드(Object )
- 해당 클래스의 클래스 객체(TargetClass.class) ⇒ static synchronized와 같음
- 해당 인스턴스 전체(this) ⇒ synchronized method와 같음

만약 Object 객체를 선언하면, 해당 블록의 멤버 필드들만 동기화할 수 있다. 아래 예시에서는 변수 c1과 c2는 각각 동기화 처리가 필요하지만, 로직이 서로 겹치지 않는다. 즉, c1이 lock될 때 c2는 lock될 필요없고, 반대도 마찬가지이다. ⇒ 예시 참고

// synchronized block - Object
public class MsLunch {
    private long c1 = 0;
    private long c2 = 0;
    private Object lock1 = new Object();
    private Object lock2 = new Object();

    public void inc1() {
        synchronized(lock1) { 
            c1++;
        }
    }

    public void inc2() {
        synchronized(lock2) { 
            c2++;
        }
    }
}

이처럼 코드 영역과 인스턴스의 일부 멤버필드만 동기화해줄 수 있다.

또한 해당 클래스의 클래스 객체(TargetClass.class)단위로 동기화해줄 수도 있다. 이 방식은 static synchronized와 같게 할 수 있다(코드 영역이 전범위라면 같음).

// 1,2번은 같다.
// 1) synchronized method - TargetClass.class
public static void func() { 
	synchronized(TargetClass.class) { 

	} 
}

// 2) static synchronized method 
public static synchronized void func() { 

}

그리고 블록 단위로 synchronized 해줄 수도 있다. 이때 this 를 사용하면, 메소드를 호출한 인스턴스 전체에 lock이 걸린다. 이 방식은 synchronized method와 같게 할 수 있다(코드 영역이 전범위라면 같음).

// 1,2번은 같다.
// 1) synchronized block - this
public void func() {
	synchronized(this) { 
		// 동기화해줄 부분
	}
}

// 2) synchronized method
public synchronized void func( ) {
  // 메소드 전체가 동기화
}

4. static synchronized block

static synchronized method처럼 클래스 단위로 동기화하면서, 메소드 전체가 아닌 block단위로 동기화하는 방식이다. 단, static이기에 해당 인스턴스를 가리키는 this를 사용할 수 없다.

// static synchronized block
public static void func( ) {
	synchronized (TargetClass.class) { // this 안된다!
	// 동기화
	}
}

정리하면

자바에서는 synchronized 를 사용하여 공유자원에 동시에 여러 스레드가 접근하지 못하도록 동기화를 할 수 있다. 해당 인스턴스의 한 스레드만이 임계영역에 접근할 수 있다.
일반 : instance-level lock (해당 인스턴스의 한 스레드만 접근가능)
- synchronized method : 메소드 단위로 동기화하는 방식
  - 메소드 전체와 메소드를 호출한 인스턴스 객체 전체를 동기화해준다.
- synchronized block : 블록 단위로 동기화하는 방식
  - 필요한 코드 영역과 필요한 멤버필드만 동기화해줄 수 있어 효율적이다.
Static : class-level lock (해당 클래스의 인스턴스들 중 한 스레드만 접근가능)
- static synchronized method : // 위와 동일
- static synchronized block : // 위와 동일

Reference

https://jamssoft.tistory.com/199
https://tourspace.tistory.com/54
https://jeong-pro.tistory.com/227?category=773575

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Last updated 1 year ago