S12L07 - 멀티스레딩에서의 동기화 방법

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멀티스레딩에서 동기화된 메서드 마스터하기: 종합 가이드
목차


1. 서론
1


2. 자바에서 멀티스레딩 이해하기
3


3. 동기화된 메서드의 역할
7


4. 동기화된 메서드 구현하기: 단계별 가이드
10


- 4.1 Brackets 클래스 설정하기
11


- 4.2 스레드 생성 및 관리
15


- 4.3 Generate 메서드 동기화
19


- 4.4 코드 워크스루 및 설명
23


- 4.5 프로그램 출력 및 분석
27


5. 동기화된 메서드의 장점과 단점
31


6. 동기화된 메서드의 사용 시기와 장소
35


7. 결론
39


8. 추가 자료
42


---
서론
자바 프로그래밍 영역에서 multithreading은 두 개 이상의 스레드가 동시에 실행되어 CPU를 최대한 활용할 수 있게 해주는 강력한 기능입니다. 그러나 공유 자원에 대한 동기화된 접근을 관리하는 것은 여전히 중요한 과제입니다. 이 가이드는 멀티스레딩에서 synchronized methods의 복잡한 부분을 파고들어 초보자와 기초 지식을 가진 개발자에게 명확하고 간결한 탐구를 제공합니다.
왜 동기화된 메서드가 중요한가
Multithreading은 여러 스레드를 동시에 실행하여 애플리케이션의 성능을 향상시킵니다. 그러나 적절한 동기화 없이 스레드가 서로 간섭할 수 있어 불일치한 결과와 예측할 수 없는 동작을 초래할 수 있습니다. Synchronized methods는 코드의 중요한 부분을 한 번에 하나의 스레드만 접근할 수 있게 하여 데이터 무결성과 일관성을 유지합니다.
핵심 포인트 개요

Multithreading 기본: 스레드와 그 실행을 이해하기.
Synchronized Methods: 스레드 접근을 제어하는 메커니즘.
구현: Synchronized methods 구현에 대한 단계별 가이드.
장점과 단점: 장단점 비교.
실용적인 응용: 동기화를 적용할 시기와 장소.

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자바에서 멀티스레딩 이해하기
동기화된 메서드로 들어가기 전에, 자바에서 multithreading의 기본을 이해하는 것이 필수적입니다.
멀티스레딩이란?
Multithreading은 자바 프로그램이 여러 작업을 동시에 수행할 수 있게 합니다. 각 스레드는 자체 실행 경로를 따라가며, 애니메이션, 백그라운드 계산 또는 사용자 상호작용 처리와 같은 작업을 동시에 수행할 수 있습니다.
자바에서 스레드 생성하기
스레드는 자바에서 다음과 같은 방법으로 생성할 수 있습니다:

Thread 클래스 확장하기:

        



		
		
			
			
Java
			
			class MyThread extends Thread {
    public void run() {
        // 수행할 작업
    }
}
			
				
					
				
					1
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3
4
5
				
						class MyThread extends Thread {
    public void run() {
        // 수행할 작업
    }
}
					
				
			
		


    
Runnable 인터페이스 구현하기:

        



		
		
			
			
Java
			
			class MyRunnable implements Runnable {
    public void run() {
        // 수행할 작업
    }
}
			
				
					
				
					1
2
3
4
5
				
						class MyRunnable implements Runnable {
    public void run() {
        // 수행할 작업
    }
}
					
				
			
		


    

동기화의 필요성
여러 스레드가 적절한 동기화 없이 공유 자원에 접근할 때, 다음과 같은 문제가 발생할 수 있습니다:

데이터 불일치: 스레드가 서로의 데이터 변경을 덮어씁니다.
경쟁 상태: 시스템의 동작이 스레드 실행 순서에 따라 달라집니다.
교착 상태: 스레드가 서로가 보유한 자원을 무한정 기다립니다.

---
동기화된 메서드의 역할
Synchronized methods는 자바에서 공유 자원에 대한 접근을 제어하여, 한 번에 하나의 스레드만 메서드를 실행할 수 있도록 보장하는 기본 도구입니다.
동기화된 메서드란?
자바의 synchronized method는 한 번에 하나의 스레드만 접근할 수 있는 메서드입니다. 한 스레드가 동기화된 메서드에 진입하면, 동일한 객체의 다른 동기화된 메서드에 접근하려는 다른 스레드는 첫 번째 스레드가 메서드를 종료할 때까지 차단됩니다.
동기화된 메서드의 문법




		
		
			
			
Java
			
			public synchronized void methodName() {
    // 메서드 구현
}
			
				
					
				
					1
2
3
				
						public synchronized void methodName() {
    // 메서드 구현
}
					
				
			
		


동기화 작동 방식
메서드가 동기화된 것으로 선언되면:

락 획득: 스레드는 현재 객체 인스턴스에 대한 락을 획득하여 메서드를 실행합니다.
독점적 접근: 다른 스레드는 동일한 객체의 동기화된 메서드를 실행할 수 없습니다.
락 해제: 메서드 실행이 완료되면 락이 해제되어 다른 스레드가 진행할 수 있습니다.

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동기화된 메서드 구현하기: 단계별 가이드
동기화된 메서드의 구현을 설명하기 위해, 멀티스레딩을 사용하여 패턴을 생성하는 Brackets라는 클래스를 포함한 실용적인 예제를 살펴보겠습니다.
4.1 Brackets 클래스 설정하기
Brackets 클래스는 괄호 패턴을 생성하는 generate 메서드를 포함하고 있습니다. 처음에는 이 메서드가 동기화되지 않아 여러 스레드가 접근할 때 일관성 없는 출력을 초래합니다.




		
		
			
			
Java
			
			package org.studyeasy;

public class Brackets {
    public void generate() {
        for(int i = 0; i &lt; 10; i++) {
            System.out.print(")");
        }
        for(int i = 0; i &lt; 10; i++) {
            System.out.print("(");
        }
        System.out.println();
    }
}
			
				
					
				
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						package org.studyeasy;
 
public class Brackets {
    public void generate() {
        for(int i = 0; i &lt; 10; i++) {
            System.out.print(")");
        }
        for(int i = 0; i &lt; 10; i++) {
            System.out.print("(");
        }
        System.out.println();
    }
}
					
				
			
		


4.2 스레드 생성 및 관리
Main 클래스에서, 두 개의 스레드를 생성하여 Brackets 클래스의 generate 메서드를 호출합니다.




		
		
			
			
Java
			
			package org.studyeasy;

public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Brackets brackets = new Brackets();

        Thread thread1 = new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                for(int i = 0; i &lt; 5; i++) {
                    brackets.generate();
                }
            }
        });

        Thread thread2 = new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                for(int i = 0; i &lt; 5; i++) {
                    brackets.generate();
                }
            }
        });

        thread1.start();
        thread2.start();
    }
}
			
				
					
				
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						package org.studyeasy;
 
public class Main {
    public static void main(String[] args) {
        Brackets brackets = new Brackets();
 
        Thread thread1 = new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                for(int i = 0; i &lt; 5; i++) {
                    brackets.generate();
                }
            }
        });
 
        Thread thread2 = new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                for(int i = 0; i &lt; 5; i++) {
                    brackets.generate();
                }
            }
        });
 
        thread1.start();
        thread2.start();
    }
}
					
				
			
		


4.3 Generate 메서드 동기화
generate 메서드가 중단 없이 실행되도록 하기 위해, 이를 동기화된 메서드로 선언합니다.




		
		
			
			
Java
			
			public synchronized void generate() {
    for(int i = 0; i &lt; 10; i++) {
        System.out.print(")");
    }
    for(int i = 0; i &lt; 10; i++) {
        System.out.print("(");
    }
    System.out.println();
}
			
				
					
				
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						public synchronized void generate() {
    for(int i = 0; i &lt; 10; i++) {
        System.out.print(")");
    }
    for(int i = 0; i &lt; 10; i++) {
        System.out.print("(");
    }
    System.out.println();
}
					
				
			
		


4.4 코드 워크스루 및 설명
동기화된 generate 메서드를 분석해보겠습니다:

메서드 선언:

synchronized 키워드는 상호 배제를 보장합니다.


괄호 생성:

첫 번째 루프는 10개의 오른쪽 괄호 )를 출력합니다.
두 번째 루프는 10개의 왼쪽 괄호 (를 출력합니다.


메서드 실행:

한 번에 하나의 스레드만 generate 메서드를 실행할 수 있어 출력의 섞임을 방지합니다.



4.5 프로그램 출력 및 분석
동기화 없이:




		
		
			
			
Java
			
			))))))))))(((((((((( ))))))))))))(((((((((( 
...
			
				
					
				
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						))))))))))(((((((((( ))))))))))))(((((((((( 
...
					
				
			
		


동기화와 함께:




		
		
			
			
Java
			
			))))))))))(((((((((( 
))))))
))))))))(((((((((( 
...
			
				
					
				
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						))))))))))(((((((((( 
))))))
))))))))(((((((((( 
...
					
				
			
		


설명:

동기화 없이: 여러 스레드의 출력이 섞여 어수선한 패턴을 만듭니다.
동기화와 함께: 각 스레드가 generate 메서드를 완료한 후 다음 스레드가 시작되어 일관된 패턴을 보장합니다.

프로그램 출력 예시




		
		
			
			
Java
			
			))))))))))(((((((((( 
))))))
))))))))(((((((((( 
			
				
					
				
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						))))))))))(((((((((( 
))))))
))))))))(((((((((( 
					
				
			
		


각 줄은 다른 스레드가 generate 메서드를 실행하여 출력한 결과를 나타냅니다.
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동기화된 메서드의 장점과 단점
장점

데이터 무결성: 공유 데이터의 일관성을 보장합니다.
스레드 안전성: 경쟁 상태와 예측할 수 없는 동작을 방지합니다.
단순성: 복잡한 메커니즘 없이 쉽게 구현할 수 있습니다.

단점

성능 오버헤드: 동기화로 인해 제한된 병렬성 때문에 프로그램 실행이 느려질 수 있습니다.
교착 상태 가능성: 부적절한 동기화로 스레드가 무한정 기다릴 수 있습니다.
확장성 감소: 과도한 동기화는 애플리케이션의 효율적인 확장을 방해할 수 있습니다.

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동기화된 메서드의 사용 시기와 장소
사용 시기

공유 자원: 여러 스레드가 공유 데이터를 접근하거나 수정할 때.
임계 구역: 일관성을 유지하기 위해 원자적으로 실행되어야 하는 코드 섹션.
상호 의존 작업: 실행 순서에 따라 결과가 달라지는 작업.

사용 장소

데이터 구조: 여러 스레드가 접근하는 컬렉션.
입출력 작업: 파일이나 데이터베이스에 쓰기 작업을 할 때 동시 접근으로 인한 불일치를 방지.
설정 설정: 멀티스레드 환경에서 애플리케이션 설정을 읽고 쓸 때.

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결론
Synchronized methods는 자바의 멀티스레딩 패러다임에서 중요한 역할을 하며, 코드의 임계 구역이 안전하고 일관되게 실행되도록 보장합니다. 공유 자원에 대한 접근을 제어함으로써 synchronized methods는 경쟁 상태나 데이터 불일치와 같은 일반적인 동시성 문제를 방지합니다. 그러나 개발자는 동기화의 장점과 성능 오버헤드 및 확장성 문제와 같은 잠재적인 단점을 균형 있게 고려해야 합니다.
핵심 요점

Multithreading은 애플리케이션의 성능을 향상시키지만 복잡성을 도입합니다.
Synchronized methods는 임계 구역에 대한 단독 접근을 강제하여 데이터 무결성을 유지합니다.
적절한 구현은 교착 상태와 같은 문제를 피하는 데 필수적입니다.
동기화는 신중하게 사용하여 안전성과 성능의 균형을 맞추어야 합니다.

Synchronized methods를 활용하면 개발자는 견고하고 효율적이며 신뢰할 수 있는 멀티스레드 애플리케이션을 구축할 수 있습니다.
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추가 자료

공식 자바 동기화 문서
Brian Goetz의 Java Concurrency in Practice
TutorialsPoint의 자바 멀티스레딩
Oracle의 스레드 및 락 가이드
Baeldung의 자바 동시성 소개

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참고: 이 기사는 AI에 의해 생성되었습니다.
1. 서론	1
2. 자바에서 멀티스레딩 이해하기	3
3. 동기화된 메서드의 역할	7
4. 동기화된 메서드 구현하기: 단계별 가이드	10
- 4.1 Brackets 클래스 설정하기	11
- 4.2 스레드 생성 및 관리	15
- 4.3 Generate 메서드 동기화	19
- 4.4 코드 워크스루 및 설명	23
- 4.5 프로그램 출력 및 분석	27
5. 동기화된 메서드의 장점과 단점	31
6. 동기화된 메서드의 사용 시기와 장소	35
7. 결론	39
8. 추가 자료	42