[Java] 동시성 문제와 synchronized의 성능

동시성 문제

멀티 스레드 환경에서 같은 자원을 사용할 때 예상했던 값과 다르게 결괏값을 가져오는 경우가 있다. 동시성 문제들의 종류는 가시성 문제와 원자성 문제가 있다.

 

1) 가시성 문제  

캐시와 메모리의 불일치로 생기는 문제이다.  예를들어, 한 스레드가 데이터를 가져오는 캐시가 메모리와 동기화되어있지 않다면 다른 결과 값을 가질 수 있다.

 

2) 원자성 문제

원자성 문제는 cpu의 instruction을 수행하는 과정에서 다른 cpu의 스레드가 그 사이에 해당 값에 접근을해서 값을 바꾸게 되는것이다.

이렇게 되면 연산을 원자 단위로 나누지 못한다.

 

위 가시성 문제를 해결한다고 원자성 문제도 해결되지 않는다. 예를 들어 메모리가 동기화되어있다고 가정하고 A 스레드가 공유 자원 int value에 +1을 할 때 B 스레드가 먼저 +1을 한 후 메모리에 적재했다고 생각하자 총 +2가 되어야 하는데 결국 A스레드가 값을 덮어씌워서 value는 +1 밖에 되지 않는다. 

 

동시성 문제를 해결하기위한 방법은 Synchronized, Volatile, Atomic 이 있다.

 

1.Synchronized

Lock을 이용한 스레드 동기화 방식, 메서드나 블록형태로 Synchronized를 지정을 하게 되면 다른 스레드들이 접근할 때 스레드의 상태가 바뀐다.  

Synchronized 블록에 들어가기전 캐시와 메모리를 동기화하면서 원자성 문제를 해결하였다.

 

*Synchronized의 성능

Synchronized는 스레드를 Blocking(스레드 제어권 소유권을 줌) 하므로 한 스레드만 접근할 수 있다. 그렇기 때문에 멀티 스레드를 사용하는 경우 대기 상태의 스레드가 생기고 Synchronized를 선언한 모든 코드들을 blocking 하게 된다. 그래서 한 부분만 block으로 설정해서 사용할 수 있다. 또한 Synchronized 블록에 들어가기 전 캐시와 메모리를 동기화하는 작업을 하기 때문에 비교적 성능에 영향을 미치게 된다.

 

2.Volatile

캐시와 메모리를 동기화 시켜준다. 하지만 원자성 문제는 해결하지 못한다. 

 

3.Atomic

non-blocking, cas알고리즘으로 원자성 문제를 해결한다. 캐시와 메모리의 값이 불 일치하면 값을 변경하지 않고 다시 메모리에서 값을 가져와서 값을 변경한다. 그러니까 값을 계산할 때 한번 더 가져온 값을 확인하는 과정을 거친다.