Thread synchronization

Thread - synchronization(23. 10. 18)

Thread 멈추기

• Thread() 는 run() 에 의해 시작되지만 종료 명령어는 없다.
• 과거에는 stop() 이 있었지만 데드락, 내부 리소스 정리 등 문제로 삭제
• Thread의 안전한 종료를 위해 안전하게 스스로 종료할 수 있게 구현

상태 제어 이용하기

• Thread 안에서 내부 상태 제어가 가능하다
• 안전하게 종료하는법

  • flag 변수로 제어하기

      boolean runnuingflag = true;
            
          RunableCounter(String str, int counter) {
              this.str = str;
              this.maxCount = counter;
          }
            
          @Override
          public void run() {
              while (runnuingflag) {
                  try {
                      if (counter == 59)
      						...
      				}
      	}
    

  • interrupt() 를 활용

      public void run() {
              while (!Thread.currentThread().isInterrupted()) {
                  try {      
                      System.out.println(str + " : " + counter++);
      								...
      			}
      }
    

Thread 동시성 제어

• 하나의 Process내에서 자원을 공유하는 여러 스레드의 문제점은 어떤게 있을까
• Race Condition
  • 둘 이상의 thread가 동시에 공유 자원에 접근 할 시 발생

  • [SharedCounter.java](http://SharedCounter.java)

      public class SharedCounter extends Thread {
          SharedCount sharedCount;
          int count;
          int maxCount;
            
          public SharedCounter(String name, int maxCount, SharedCount sharedCount) {
              setName(name);
              this.sharedCount = sharedCount;
              this.maxCount = maxCount;
              count = 0;
          }
            
          @Override
          public void run() {
              while (count < maxCount) {
                  count++;
                  sharedCount.increment();
              }
          }
      }
    

      public class SharedCount {
          int count;
            
          public int getCount() {
              return count;
          }
            
          public void setCount(int count) {
              this.count = count;
          }
            
          public void increment() {
              setCount(getCount() + 1);
          }
      }
    

      SharedCount sharedCount = new SharedCount();
              SharedCounter counter1 = new SharedCounter("counter1", 10000, sharedCount);
              SharedCounter counter2 = new SharedCounter("counter2", 10000, sharedCount);
            
              counter1.start();
              counter2.start();
            
      sharedCount : 14047
      ...
      sharedCount : 14375
    

  • 결과는 20000을 예상하지만 실행할때마다 다른 결과가 나타난다.
  • counter1 이 1을 추가하고 메모리에 적었지만 counter2 가 곧이어 다시 써버려서 counter1이 덮어진다
  • 이러한 구역을 임계 구역 이라고 부른다.
  • 이러한 문제를 해결하기 위해 상호 배제 를 사용 → 공유 자원의 접근을 나의 process나 thread로 제한
• Deadlock
  • 공유 자원의 접근 권한 등으로 통제하던 도중 반환 관계가 꼬임으로써 발생
  • Hold and Wait
    • P1이 R1 을 기다리고 있는 도중 P2가 R1를 실행하던 도중 R2도 사용할 필요가 있음 하지만 P3이 R3을 사용하고 있을 경우… R1은 언제 P1을 사용할 수 있을까…
  • Circular Wait
    • 위의 Hold and Wait가 순환 형태를 이루고 있는 경우
    • 식사하는 철학자가 대표적인 문제
  • Starvation
    • 다른 process나 thread가 지속적으로 한 resource를 가짐으로써 다른 thread가 계속해서 접근 권한을 얻지 못할 경우에 발생 → 무한한 대기 상태
  • Licelock
    • 접근이 없는 권한의 경우 해당 자원 대신에 다른 자원을 수행하고 있는 것
    • 해당 작업만 처리되지 못하고 나머지 작업은 처리 되는 것의 차이를 가지고 있다.

Synchronized

Java에서 thread 동기화를 위해 synchronized 적용 가능한 곳

• Instance methods
• Static methods
• Code blocks

위의 SharedCount.java에 Synchronized 키워드를 적용

synchronized public void increment() {
        setCount(getCount() + 1);
    }

sharedCount : 20000

• 정상적으로 sharedCount가 나타남을 볼 수 있다.

• static 을 사용해서 싱글톤 패턴 흉내

    public class SharedCount {
        static int count;
      
        public static int getCount() {
            return count;
        }
      
        public static void setCount(int count) {
            SharedCount.count = count;
        }
      
        static synchronized public void increment() {
            setCount(getCount() + 1);
        }
    }
  

  thread safety가 더 강화됨을 확인할 수 있다.

Synchronization Control

• 이러한 병행성의 제어를 위해 wait 과 notify 지원
• wait()
  • 어떠한 thread가 자신의 제어권을 양보하고 WATING 상태에서 대기하는 명령어
  • notify() 를 호출함으로써 RUNNABLE 상태로 변경
• notify()
  • WAITING 상태에 있는 영역을 RUNNABLE로 변경 하는 역할

멀티 스레드 환경에서는

• Java는 multi-thread 언어이므로, 이러한 동기화는 상호배제를 달성하는 좋은 방법이다.
• 변수에는 synchronized 를 적용할 수 없다.
• synchronized block의 object가 null인 경우는 null point exception을 발생
• Java 동기화는 동시 읽기를 허용하지 않는다.
• synchronized method는 매우 느리다.