자바에서의 스레드와 동기화: 기초부터 고급까지

스레드와 동기화의 중요성

스레드는 현대 소프트웨어 개발에서 중요한 개념 중 하나입니다. 특히 멀티코어 환경에서 병렬 처리를 효율적으로 수행하기 위해 스레드의 활용은 필수적입니다.

스레드는 프로세스 내에서 실행되는 작은 작업 단위로, 여러 스레드가 동시에 실행되면서 프로그램의 성능을 극대화할 수 있습니다. 하지만 스레드를 잘못 사용하면 데이터 충돌이나 동기화 문제로 인해 예상치 못한 결과를 초래할 수 있습니다.

왜냐하면 스레드는 힙 메모리를 공유하기 때문에, 여러 스레드가 동시에 동일한 데이터를 수정하려고 하면 데이터 무결성이 깨질 수 있기 때문입니다. 따라서 스레드 동기화는 매우 중요한 주제입니다.

이번 글에서는 자바에서 스레드를 생성하고 관리하는 방법, 그리고 동기화를 통해 데이터 충돌을 방지하는 방법을 다룹니다. 또한, 자바에서 제공하는 동기화 도구인 synchronized와 Lock의 차이점도 살펴봅니다.

이 글을 통해 스레드와 동기화의 기본 개념을 이해하고, 이를 실제 코드에 적용하는 방법을 배울 수 있습니다.

자바에서 스레드 생성하기

자바에서 스레드를 생성하는 방법은 크게 두 가지가 있습니다. 첫 번째는 Thread 클래스를 상속받는 방법이고, 두 번째는 Runnable 인터페이스를 구현하는 방법입니다.

Thread 클래스를 상속받는 방법은 간단하지만, 자바는 다중 상속을 지원하지 않기 때문에 유연성이 떨어질 수 있습니다. 반면, Runnable 인터페이스를 구현하는 방법은 더 권장되는 방식으로, 다른 클래스와 함께 사용할 수 있는 장점이 있습니다.

예를 들어, 다음은 Runnable 인터페이스를 구현하여 스레드를 생성하는 코드입니다:

class MyRunnable implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        for (int i = 0; i < 10; i++) {
            System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " - " + i);
        }
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread1 = new Thread(new MyRunnable());
        Thread thread2 = new Thread(new MyRunnable());

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

위 코드에서 두 개의 스레드가 생성되어 동시에 실행됩니다. 각각의 스레드는 독립적으로 run 메서드를 실행합니다.

왜냐하면 Runnable 인터페이스는 스레드의 실행 로직을 분리하여 코드의 재사용성을 높이기 때문입니다.

이제 스레드 동기화 문제를 해결하는 방법을 살펴보겠습니다.

스레드 동기화와 synchronized 키워드

스레드 동기화는 여러 스레드가 공유 자원에 동시에 접근할 때 발생할 수 있는 문제를 방지하기 위해 사용됩니다. 자바에서는 synchronized 키워드를 사용하여 동기화를 구현할 수 있습니다.

synchronized 키워드는 특정 코드 블록이나 메서드를 임계 구역으로 설정하여, 한 번에 하나의 스레드만 해당 코드에 접근할 수 있도록 보장합니다.

다음은 synchronized 키워드를 사용한 예제입니다:

class Counter {
    private int count = 0;

    public synchronized void increment() {
        count++;
    }

    public int getCount() {
        return count;
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Counter counter = new Counter();

        Thread thread1 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                counter.increment();
            }
        });

        Thread thread2 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                counter.increment();
            }
        });

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

        thread1.join();
        thread2.join();

        System.out.println("Final count: " + counter.getCount());
    }
}

위 코드에서 increment 메서드는 synchronized로 보호되어, 여러 스레드가 동시에 count 값을 수정하지 못하도록 합니다.

왜냐하면 synchronized 키워드는 임계 구역 내의 코드가 원자적으로 실행되도록 보장하기 때문입니다.

하지만 synchronized는 단점도 있습니다. 예를 들어, 성능 저하와 기능 제한이 있을 수 있습니다. 이를 보완하기 위해 Lock 클래스를 사용할 수 있습니다.

Lock 클래스를 활용한 동기화

Lock 클래스는 java.util.concurrent 패키지에서 제공되며, synchronized보다 더 유연한 동기화 메커니즘을 제공합니다. Lock은 명시적으로 락을 걸고 해제해야 하며, 다양한 기능을 제공합니다.

다음은 Lock 클래스를 사용한 예제입니다:

import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

class Counter {
    private int count = 0;
    private final Lock lock = new ReentrantLock();

    public void increment() {
        lock.lock();
        try {
            count++;
        } finally {
            lock.unlock();
        }
    }

    public int getCount() {
        return count;
    }
}

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Counter counter = new Counter();

        Thread thread1 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                counter.increment();
            }
        });

        Thread thread2 = new Thread(() -> {
            for (int i = 0; i < 1000; i++) {
                counter.increment();
            }
        });

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

        thread1.join();
        thread2.join();

        System.out.println("Final count: " + counter.getCount());
    }
}

위 코드에서 Lock은 synchronized와 유사한 역할을 하지만, 더 많은 제어를 제공합니다. 예를 들어, tryLock 메서드를 사용하여 락을 얻을 수 없는 경우 다른 작업을 수행할 수 있습니다.

왜냐하면 Lock 클래스는 락을 얻는 시점과 해제하는 시점을 명시적으로 제어할 수 있기 때문입니다.

이제 스레드와 동기화의 결론을 정리해 보겠습니다.

스레드와 동기화의 결론

스레드는 병렬 처리를 통해 프로그램의 성능을 극대화할 수 있는 강력한 도구입니다. 하지만 스레드를 잘못 사용하면 데이터 충돌이나 성능 저하와 같은 문제가 발생할 수 있습니다.

자바에서는 synchronized 키워드와 Lock 클래스를 사용하여 스레드 동기화를 구현할 수 있습니다. synchronized는 간단하고 사용하기 쉬운 방법이지만, Lock은 더 많은 제어와 유연성을 제공합니다.

왜냐하면 Lock은 배타적 락 외에도 읽기-쓰기 락과 같은 다양한 동기화 메커니즘을 제공하기 때문입니다.

스레드와 동기화는 초보 개발자에게는 어려운 주제일 수 있지만, 이를 잘 이해하고 활용하면 더 안정적이고 효율적인 프로그램을 개발할 수 있습니다.

이 글을 통해 스레드와 동기화의 기본 개념을 이해하고, 이를 실제 프로젝트에 적용할 수 있는 자신감을 얻으셨길 바랍니다.