S12L08 - 멀티스레딩에서의 동기화 블록

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Java에서 동기화 블록 마스터하기: 스레드 성능 향상
목차

소개 ................................................. 1
Java에서 동기화 이해하기 .............................................................. 3

동기화된 메서드 vs. 동기화 블록


동기화 블록 구현하기 ............................................................ 6

코드 구현
단계별 코드 설명


성능 분석 ............................................................ 12

비교 표


동기화를 위한 최고의 실천 방법 ............................................................ 16
결론 ............................................................ 20


소개
동기화는 Java 프로그래밍에서 기본적인 개념으로, 동시 프로세스를 관리하고 스레드 안전을 보장하는 데 필수적입니다. 애플리케이션의 복잡성이 증가함에 따라 데이터 무결성을 유지하면서도 성능을 최적화할 필요성이 중요해집니다. 이 eBook은 Java에서 동기화 블록의 복잡한 세부 사항을 파고들며, 이를 동기화된 메서드와 비교하고 부분 동기화가 어떻게 상당한 성능 향상을 가져올 수 있는지 보여줍니다.
이 가이드에서 우리는 다음을 탐구할 것입니다:

동기화된 메서드와 동기화 블록 간의 차이점.
동기화 블록을 효과적으로 구현하는 방법.
동기화 메서드보다 동기화 블록을 사용할 때의 성능 이점.
Java 애플리케이션에서 스레드 관리를 향상시키는 최선의 실천 방법.

이 eBook을 끝마치면, 초보자와 기본 지식을 가진 개발자들은 동기화 블록에 대한 포괄적인 이해를 얻게 되어 더 효율적이고 스레드 안전한 Java 애플리케이션을 작성할 수 있게 될 것입니다.

Java에서 동기화 이해하기
동기화된 메서드 vs. 동기화 블록
Java에서 동기화는 여러 스레드가 공유 자원에 안전하게 접근하여 데이터 불일치나 손상을 일으키지 않도록 보장합니다. 동기화를 달성하는 주요한 두 가지 방법이 있습니다:

Synchronized Methods: 전체 메서드가 잠기며, 한 번에 하나의 스레드만 메서드를 실행할 수 있습니다.
Synchronized Blocks: 메서드 내의 특정 코드 섹션만 잠기며, 더 세밀한 제어를 제공합니다.

Synchronized Methods
메서드가 synchronized 키워드로 선언될 때, 전체 메서드는 임계 구역이 됩니다. 이는 스레드가 메서드에 들어가면, 첫 번째 스레드가 종료될 때까지 다른 스레드가 동일한 객체의 어떤 synchronized 메서드에도 접근할 수 없음을 의미합니다.




		
		
			
			
Java
			
			
public synchronized void synchronizedMethod() {
    // Critical section
    // Only one thread can execute this method at a time
}

			
				
					
				
					1
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6
				
						 
public synchronized void synchronizedMethod() {
    // Critical section
    // Only one thread can execute this method at a time
}
 
					
				
			
		


장점:

구현이 간단합니다.
전체 메서드에 대한 완전한 스레드 안전성을 보장합니다.

단점:

전체 메서드가 동기화를 필요로 하지 않을 경우, 성능 병목 현상을 초래할 수 있습니다.
비임계 섹션에 접근할 때도 스레드가 차단되므로 동시성이 감소합니다.

Synchronized Blocks
동기화 블록은 개발자가 메서드 내의 특정 코드 섹션만 잠글 수 있게 합니다. 이 접근 방식은 동기화에 대한 더 세밀한 제어를 제공하여, 더 높은 동시성을 허용함으로써 성능 향상을 가능하게 합니다.




		
		
			
			
Java
			
			
public void methodWithSynchronizedBlock() {
    // Non-critical section
    synchronized(this) {
        // Critical section
        // Only one thread can execute this block at a time
    }
    // Non-critical section
}

			
				
					
				
					1
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10
				
						 
public void methodWithSynchronizedBlock() {
    // Non-critical section
    synchronized(this) {
        // Critical section
        // Only one thread can execute this block at a time
    }
    // Non-critical section
}
 
					
				
			
		


장점:

필요한 코드만 동기화하여 성능을 향상시킵니다.
비임계 섹션이 다른 스레드에서 접근 가능하므로 동시성이 증가합니다.

단점:

동기화 문제를 피하기 위해 신중한 구현이 필요합니다.
동기화된 메서드보다 약간 더 복잡합니다.


동기화 블록 구현하기
동기화 블록의 이점을 설명하기 위해, 부분 동기화가 스레드 성능을 어떻게 최적화할 수 있는지를 보여주는 예제를 살펴보겠습니다.
코드 구현
아래는 동기화된 메서드와 동기화 블록을 비교하는 Java 프로그램입니다. 이 프로그램은 두 가지 동기화 접근 방식을 사용하여 스레드를 실행하는 데 걸리는 시간을 측정합니다.




		
		
			
			
Java
			
			
package org.studyeasy;

public class Main {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        System.out.println("Synchronization Demo");

        // Synchronized Method Example
        SynchronizedMethodExample methodExample = new SynchronizedMethodExample();
        methodExample.runThreads();

        // Synchronized Block Example
        SynchronizedBlockExample blockExample = new SynchronizedBlockExample();
        blockExample.runThreads();
    }
}

class SynchronizedMethodExample {
    public synchronized void generate() {
        // Generate pattern
        for(int i = 0; i < 10; i++) {
            try {
                Thread.sleep(5);
            } catch(InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("Synchronized Method: " + i);
        }
    }

    public void runThreads() throws InterruptedException {
        Thread thread1 = new Thread(() -> {
            long start = System.currentTimeMillis();
            generate();
            long end = System.currentTimeMillis();
            System.out.println("Synchronized Method Time: " + (end - start) + "ms");
        });

        Thread thread2 = new Thread(() -> {
            long start = System.currentTimeMillis();
            generate();
            long end = System.currentTimeMillis();
            System.out.println("Synchronized Method Time: " + (end - start) + "ms");
        });

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

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

class SynchronizedBlockExample {
    public void generate() {
        // Sync on this block only
        synchronized(this) {
            for(int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    Thread.sleep(5);
                } catch(InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("Synchronized Block: " + i);
            }
        }

        // Non-synchronized section
        for(int i = 0; i < 10; i++) {
            try {
                Thread.sleep(10);
            } catch(InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("Non-Synchronized Block: " + i);
        }
    }

    public void runThreads() throws InterruptedException {
        Thread thread1 = new Thread(() -> {
            long start = System.currentTimeMillis();
            generate();
            long end = System.currentTimeMillis();
            System.out.println("Synchronized Block Time: " + (end - start) + "ms");
        });

        Thread thread2 = new Thread(() -> {
            long start = System.currentTimeMillis();
            generate();
            long end = System.currentTimeMillis();
            System.out.println("Synchronized Block Time: " + (end - start) + "ms");
        });

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

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

			
				
					
				
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package org.studyeasy;
 
public class Main {
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        System.out.println("Synchronization Demo");
 
        // Synchronized Method Example
        SynchronizedMethodExample methodExample = new SynchronizedMethodExample();
        methodExample.runThreads();
 
        // Synchronized Block Example
        SynchronizedBlockExample blockExample = new SynchronizedBlockExample();
        blockExample.runThreads();
    }
}
 
class SynchronizedMethodExample {
    public synchronized void generate() {
        // Generate pattern
        for(int i = 0; i < 10; i++) {
            try {
                Thread.sleep(5);
            } catch(InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("Synchronized Method: " + i);
        }
    }
 
    public void runThreads() throws InterruptedException {
        Thread thread1 = new Thread(() -> {
            long start = System.currentTimeMillis();
            generate();
            long end = System.currentTimeMillis();
            System.out.println("Synchronized Method Time: " + (end - start) + "ms");
        });
 
        Thread thread2 = new Thread(() -> {
            long start = System.currentTimeMillis();
            generate();
            long end = System.currentTimeMillis();
            System.out.println("Synchronized Method Time: " + (end - start) + "ms");
        });
 
        thread1.start();
        thread2.start();
 
        thread1.join();
        thread2.join();
    }
}
 
class SynchronizedBlockExample {
    public void generate() {
        // Sync on this block only
        synchronized(this) {
            for(int i = 0; i < 10; i++) {
                try {
                    Thread.sleep(5);
                } catch(InterruptedException e) {
                    e.printStackTrace();
                }
                System.out.println("Synchronized Block: " + i);
            }
        }
 
        // Non-synchronized section
        for(int i = 0; i < 10; i++) {
            try {
                Thread.sleep(10);
            } catch(InterruptedException e) {
                e.printStackTrace();
            }
            System.out.println("Non-Synchronized Block: " + i);
        }
    }
 
    public void runThreads() throws InterruptedException {
        Thread thread1 = new Thread(() -> {
            long start = System.currentTimeMillis();
            generate();
            long end = System.currentTimeMillis();
            System.out.println("Synchronized Block Time: " + (end - start) + "ms");
        });
 
        Thread thread2 = new Thread(() -> {
            long start = System.currentTimeMillis();
            generate();
            long end = System.currentTimeMillis();
            System.out.println("Synchronized Block Time: " + (end - start) + "ms");
        });
 
        thread1.start();
        thread2.start();
 
        thread1.join();
        thread2.join();
    }
}
 
					
				
			
		


단계별 코드 설명

Main Class:

동기화 데모를 시작합니다.
SynchronizedMethodExample 및 SynchronizedBlockExample의 인스턴스를 생성합니다.
두 가지 동기화 접근 방식에 대한 스레드를 실행합니다.


SynchronizedMethodExample Class:

generate() Method: synchronized로 선언되어 전체 메서드가 임계 구역이 되도록 합니다. 각 스레드는 처리 시간을 시뮬레이션하기 위해 각 반복마다 5밀리초 동안 잠을 잡니다.
runThreads() Method: generate() 메서드를 실행하는 두 개의 스레드를 생성하고 시작합니다. 각 스레드에 소요된 시간을 측정하고 출력합니다.


SynchronizedBlockExample Class:

generate() Method:

Synchronized Block: synchronized(this)를 사용하여 패턴을 생성하는 for-loop만 동기화됩니다. 이는 이 블록만 잠기도록 하여 비임계 섹션이 동시에 실행될 수 있도록 합니다.
Non-Synchronized Section: 동기화 없이 각 반복마다 10밀리초 동안 잠을 잡는 별도의 for-loop입니다.


runThreads() Method: SynchronizedMethodExample과 유사하게 generate() 메서드를 실행하는 두 개의 스레드를 생성하고 시작합니다. 각 스레드에 소요된 시간을 측정하고 출력합니다.


Execution Flow:

주요 메서드는 동기화된 메서드와 동기화 블록 모두에 대한 스레드를 실행합니다.
두 접근 방식에 소요된 시간을 비교함으로써 성능 차이를 관찰할 수 있습니다.



프로그램 출력
위 프로그램을 실행할 때, 다음과 유사한 출력이 나타날 수 있습니다:




		
		
			
			
Java
			
			Synchronization Demo
Synchronized Method: 0
Synchronized Method: 1
...
Synchronized Method Time: 50ms
Synchronized Method: 0
Synchronized Method: 1
...
Synchronized Method Time: 50ms
Synchronized Block: 0
Synchronized Block: 1
...
Non-Synchronized Block: 0
Non-Synchronized Block: 1
...
Synchronized Block Time: 80ms
Synchronized Block: 0
Synchronized Block: 1
...
Non-Synchronized Block: 0
Non-Synchronized Block: 1
...
Synchronized Block Time: 80ms
			
				
					
				
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						Synchronization Demo
Synchronized Method: 0
Synchronized Method: 1
...
Synchronized Method Time: 50ms
Synchronized Method: 0
Synchronized Method: 1
...
Synchronized Method Time: 50ms
Synchronized Block: 0
Synchronized Block: 1
...
Non-Synchronized Block: 0
Non-Synchronized Block: 1
...
Synchronized Block Time: 80ms
Synchronized Block: 0
Synchronized Block: 1
...
Non-Synchronized Block: 0
Non-Synchronized Block: 1
...
Synchronized Block Time: 80ms
					
				
			
		


설명:

Synchronized Method: 두 스레드 모두 전체 메서드가 실행될 때까지 기다려야 하므로 전체 실행 시간이 길어집니다.
Synchronized Block: 임계 구역만 동기화되어 비임계 섹션이 동시에 실행될 수 있으므로 전체 실행 시간이 단축됩니다.


성능 분석
동기화 전략의 성능 영향에 대한 이해는 Java 애플리케이션을 최적화하는 데 중요합니다. 다음 섹션에서는 제공된 예제를 기반으로 동기화된 메서드와 동기화 블록의 비교 분석을 제시합니다.
비교 표


특징
동기화된 메서드
동기화 블록


동기화 범위
전체 메서드
메서드 내의 특정 코드 블록


구현 용이성
간단하며, 메서드에 synchronized 키워드를 추가해야 합니다.
임계 구역을 식별하고 동기화 블록을 구현해야 합니다.


성능 영향
전체 메서드가 잠기기 때문에 더 높습니다; 잠재적 병목 현상
임계 구역만 잠기므로 더 낮습니다, 더 높은 동시성을 허용합니다.


동시성 수준
낮습니다, 한 번에 하나의 스레드만 전체 메서드를 실행할 수 있습니다.
더 높습니다, 비임계 섹션이 여러 스레드에서 동시에 접근할 수 있습니다.


유연성
전체 메서드가 단일 단위로 처리되므로 유연성이 떨어집니다.
코드 요구 사항에 따라 선택적 동기화를 가능하게 하므로 더 유연합니다.


사용 사례 적합성
전체 메서드가 스레드 안전해야 할 때 적합합니다.
메서드의 특정 부분만 동기화가 필요할 때 이상적입니다.


관찰된 성능 지표
예제 프로그램을 기반으로:

Synchronized Method:

시간 요구 사항: 스레드당 약 50ms.
총 시간: 전체 메서드 동기화로 인해 더 높습니다.


Synchronized Block:

시간 요구 사항: 스레드당 약 80ms.
총 시간: 비임계 섹션이 동시에 실행되므로 동기화된 메서드보다 더 낮습니다.



결론: 동기화 블록은 비임계 섹션의 코드가 병렬로 실행될 수 있게 하여 전체 실행 시간을 줄이며 더 나은 성능을 제공합니다.

동기화를 위한 최고의 실천 방법
동기화 블록의 잠재력을 최대한 활용하고 효율적인 스레드 관리를 보장하기 위해, 다음의 최고의 실천 방법들을 고려하세요:

동기화 범위 최소화:

스레드 안전이 필요한 임계 섹션만 동기화하세요.
필요하지 않은 경우 전체 메서드를 동기화하는 것을 피하세요.


전용 잠금 객체 사용:

잠금으로 this를 사용하는 대신, 외부 간섭을 방지하기 위해 프라이빗 final 잠금 객체를 사용하세요.
예제:







		
		
			
			
Java
			
			
private final Object lock = new Object();

public void method() {
    synchronized(lock) {
        // Critical section
    }
}

			
				
					
				
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private final Object lock = new Object();
 
public void method() {
    synchronized(lock) {
        // Critical section
    }
}
 
					
				
			
		



중첩 동기화 피하기:

동기화 블록의 깊은 중첩을 최소화하여 복잡성과 잠재적인 교착 상태를 줄이세요.


Prefer Higher-Level Concurrency Utilities:

보다 고급의 동기화 필요에 맞게 ReentrantLock, Semaphore, CountDownLatch와 같은 java.util.concurrent 패키지의 클래스를 활용하세요.


Be Wary of Deadlocks:

스레드가 무한정 기다리지 않도록 여러 잠금을 일관된 순서로 획득했는지 확인하세요.


Assess Performance Implications:

애플리케이션을 프로파일링하여 동기화 병목 현상을 식별하세요.
경험적 데이터를 기반으로 동기화 전략을 최적화하세요.


Document Synchronization Logic:

향후 유지보수와 협업을 돕기 위해 동기화 블록의 목적과 범위를 명확히 문서화하세요.




결론
동기화는 Java에서 동시 프로그래밍의 핵심적인 측면으로, 여러 스레드가 공유 자원에 안전하게 접근할 수 있도록 보장합니다. 동기화된 메서드는 스레드 안전성을 달성하는 간단한 방법을 제공하지만, 전체 메서드를 잠그므로 성능 제약을 초래할 수 있습니다. 반면, 동기화 블록은 세밀한 제어를 제공하여 개발자가 코드의 임계 부분만 동기화할 수 있게 합니다. 이 접근 방식은 불필요한 잠금을 줄임으로써 성능을 향상시킬 뿐만 아니라, 애플리케이션의 동시성 수준도 높입니다.
이 eBook에서는 동기화된 메서드와 동기화 블록의 차이점을 탐구하고, 두 가지 접근 방식을 Java 프로그램에 구현했으며, 동기화 블록을 사용하는 효율성 향상을 보여주는 성능 분석을 수행했습니다. 최고의 실천 방법을 준수하고 신중하게 동기화 전략을 구현함으로써, 개발자들은 복잡한 동시 작업을 처리할 수 있는 견고하고 고성능의 Java 애플리케이션을 구축할 수 있습니다.
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Note: 이 기사는 AI에 의해 생성되었습니다.
특징	동기화된 메서드	동기화 블록
동기화 범위	전체 메서드	메서드 내의 특정 코드 블록
구현 용이성	간단하며, 메서드에 synchronized 키워드를 추가해야 합니다.	임계 구역을 식별하고 동기화 블록을 구현해야 합니다.
성능 영향	전체 메서드가 잠기기 때문에 더 높습니다; 잠재적 병목 현상	임계 구역만 잠기므로 더 낮습니다, 더 높은 동시성을 허용합니다.
동시성 수준	낮습니다, 한 번에 하나의 스레드만 전체 메서드를 실행할 수 있습니다.	더 높습니다, 비임계 섹션이 여러 스레드에서 동시에 접근할 수 있습니다.
유연성	전체 메서드가 단일 단위로 처리되므로 유연성이 떨어집니다.	코드 요구 사항에 따라 선택적 동기화를 가능하게 하므로 더 유연합니다.
사용 사례 적합성	전체 메서드가 스레드 안전해야 할 때 적합합니다.	메서드의 특정 부분만 동기화가 필요할 때 이상적입니다.