Thread 구현 동기화와 Lock

스레드 구현 방법

1. 스레드를 확장해서 run() 메서드를 오버라이드한 후 사용

public class ThreadExtends extends Thread {
    private String message;

    public ThreadExtends(String message) {
        this.message = message;
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("Thread started: " + message);
        try {
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
            System.out.println("Thread interrupted: " + message);
        }
        System.out.println("Thread ended: " + message);
    }

    public static void main(String[] args) {
        ThreadExtends thread1 = new ThreadExtends("Hello");
        ThreadExtends thread2 = new ThreadExtends("World");

        // 스레드 시작
        thread1.start();
        thread2.start();
    }
}

2. Runnable 인터페이스를 구현해서 스레드의 파라미터로 넘기는 방법

public class ThreadRunnable implements Runnable {
    private String message;

    public ThreadRunnable(String message) {
        this.message = message;
    }

    @Override
    public void run() {
        System.out.println("Thread started: " + message);
        try {
            Thread.sleep(2000);
        } catch (InterruptedException e) {
            System.out.println("Thread interrupted: " + message);
        }
        System.out.println("Thread ended : " + message);
    }

    public static void main(String[] args) {
        ThreadRunnable runnable1 = new ThreadRunnable("Hello");
        ThreadRunnable runnable2 = new ThreadRunnable("World");

        Thread thread1 = new Thread(runnable1);
        Thread thread2 = new Thread(runnable2);

        thread1.start();
        thread2.start();
    }
}

Thread 와 임계영역

스레드가 동시에 임계 구역에 접근하는 경우 데이터의 일관성을 보장하기 위해 상호 배제 개념을 사용한다.

임계영역이란?

다중 스레드 환경에서 공유 자원에 접근하는 코드 영역
여러 스레드가 동시에 임계 영역에 접근하게 되면 데이터의 일관성이 깨질 수 있다.

이러한 문제를 방지하기 위한 방법으로 상호 배제와 동기화 기법이 있다.

상호 배제 (Mutual Exclusion)

하나의 스레드만 임계 영역에 진입할 수 있도록 한다.
즉, 하나의 스레드가 임계영역에 들어가 있으면, 다른 스레드는 그 스레드가 나올 때까지 기다려야 한다.
이를 통해 공유 자원에 대한 접근을 순차적으로 제어한다.

동기화 (Synchronization)

동기화는 스레드들이 공유 자원에 접근하는 순서를 제어하는 방법이다.
이를 통해 작업 간 충돌을 방지하고, 작업 완료 전에 다른 스레드가 임계 영역에 들어가는 것을 막는다.

상호배제를 구현하기 위한 동기화 방법

1. synchronized 키워드

특정 메서드나 블록을 해당 키워드로 지정하여 한 번에 하나의 스레드만 블록에 접근할 수 있도록 합니다.

public synchronized void add1(int v) {
	this.count += v;
}
// 한 번에 하나의 스레드만 이 메소드를 실행할 수 있다.
// 공유자원인 count 변수에 대한 동시 접근을 방지한다.

public void add2(int v) {
    synchronized(this) {
        this.count += v;
    }
}
// 블록을 사용하여 특정 객체에 대해 동기화 수행
// 메서드 전체를 동기화하는 것보다 세밀한 제어 가능
// this 객체에 대해 동기화블록을 사용하여 count 변수 값 변경

2. lock 인터페이스

더 정교한 제어를 위해 java.util.concurrent.locks.Lock 인터페이스를 사용할 수 있다.
ReentrantLock 이 대표적인 구현체로
명시적으로 락을 획득하고 해제할 수 있으며, try-lock, 타임아웃을 이용한 잠금 등 다양한 방법으로 동기화 제어가 가능하다.

private final Lock lock = new ReentrantLock();

public void add(int v) {
	lock.lock();
	try {
		this.count += value;
	} finally {
		lock.unlock();
	}
}
// lock() 메서드로 잠금을 획득하고 finally 블록에서 unlock() 메서드로 잠금 해제
// synchronized 보다 유연한 동기화 제어가 가능합니다.
// tryLock() 메서드를 제공하여 잠금을 시도할 수 있습니다.
// tryLock() : 잠금을 획들할 수 있으면 true, 아닌 경우 false 반환
// 이를 통해 잠금획득에 실패했을 때 대기하지 않고 다른 작업을 수행할 수 있습니다.

3. 세마포어

세마포어는 특정 개수의 스레드가 임계영역에 접근할 수 있도록 허용하는 방법이다. 세마포어의 값이 1 이면 뮤텍스와 동일한 역할을 한다.

임계영역을 적절히 관리하여 병행성 문제를 해결하고 데이터 일관성을 유지할 수 있다.
하지만 잘못 사용하게 되면, 성능 저하와 데드락 문제가 생길 수 있다.