S12L21 - 멀티스레딩에서의 재진입 잠금

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Multithreading에서 Reentrant Locks를 마스터하기: 포괄적인 가이드
목차

소개
Multithreading 이해하기
공유 자원의 도전 과제
Java의 동기화 메커니즘
Reentrant Locks 설명
Java에서 ReentrantLocks 구현하기

샘플 코드 개요
단계별 코드 설명
프로그램 출력


ReentrantLocks 사용 시 모범 사례
결론
보충 정보


소개
동시 프로그래밍의 영역에서 공유 자원에 대한 접근을 관리하는 것은 데이터 무결성과 애플리케이션 안정성을 보장하는 데 필수적입니다. 이 전자책은 Multithreading에서 Reentrant Locks에 대해 심도 있게 다루며, 이러한 도전을 효율적으로 처리하기 위해 Java에서 제공하는 정교한 동기화 메커니즘을 소개합니다. 초보자이든 기본적인 지식을 가진 개발자이든 관계없이, 이 가이드는 프로젝트에서 Reentrant Locks를 효과적으로 구현하는 데 필요한 통찰력과 실용적인 기술을 제공합니다.

Multithreading 이해하기
Multithreading은 단일 애플리케이션 내에서 여러 스레드가 동시에 실행될 수 있도록 하는 현대 프로그래밍의 기본 개념입니다. 이 병렬성은 특히 여러 작업을 동시에 수행하는 애플리케이션의 성능을 향상시킵니다. 그러나 여러 스레드가 공유 자원에 접근함에 따라 스레드 안전성을 보장하는 것이 중요한 문제가 됩니다.

공유 자원의 도전 과제
여러 스레드가 공유 변수나 객체와 상호 작용할 때, 레이스 컨디션이 발생하여 일관성 없거나 예상치 못한 결과를 초래할 수 있습니다. 예를 들어, 여러 스레드가 간단한 카운터 변수를 증가시키는 경우를 생각해보십시오:


문제
설명


Race Condition
여러 스레드가 동시에 공유 변수를 수정하려 시도하여 예측할 수 없는 결과를 초래합니다.


Data Inconsistency
공유 변수의 최종 값은 실행마다 달라질 수 있어 데이터 신뢰성을 저해합니다.



Java의 동기화 메커니즘
Java는 공유 자원에 대한 접근을 관리하기 위해 여러 동기화 메커니즘을 제공합니다:


메커니즘
설명


Synchronized Methods
synchronized 키워드를 사용하여 한 번에 하나의 스레드만 접근할 수 있는 메서드.


Synchronized Blocks
동기화 범위를 세분화하여 동기화된 메서드 내의 코드 블록.


Reentrant Locks
Synchronized 메서드와 블록에 비해 더 유연성을 제공하는 고급 잠금 구현.


Synchronized methods는 간단하지만 유연성이 부족하고 복잡한 애플리케이션에서 성능 병목을 초래할 수 있습니다. 이때 Reentrant Locks가 등장하여 향상된 제어 및 기능을 제공합니다.

Reentrant Locks 설명
Reentrant Lock은 데드락을 유발하지 않고 동일한 잠금을 여러 번 획득할 수 있도록 하는 동기화 메커니즘입니다. java.util.concurrent.locks 패키지에 도입된 ReentrantLock은 전통적인 synchronized 키워드에 비해 여러 가지 이점을 제공합니다:

공정성: 가장 오래 기다린 스레드에게 접근 권한을 부여하도록 설정할 수 있습니다.
Interruptible Lock Waits: 잠금을 기다리는 동안 스레드가 인터럽트에 응답할 수 있습니다.
Condition Variables: 특정 조건이 충족될 때까지 스레드가 대기하도록 합니다.


Java에서 ReentrantLocks 구현하기
샘플 코드 개요
두 개의 스레드가 공유 카운터를 증가시키는 간단한 Java 프로그램을 통해 ReentrantLock의 실용적인 구현을 살펴보겠습니다.




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

public class Main {
    static int counter = 0;
    static Lock lock = new ReentrantLock();

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread thread1 = new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                // 공유 자원 잠금
                lock.lock();
                try {
                    for(int i = 1; i &lt;= 1000000; i++) {
                        counter++;
                    }
                } finally {
                    // 잠금 해제 보장
                    lock.unlock();
                }
            }
        });

        Thread thread2 = new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                // 공유 자원 잠금
                lock.lock();
                try {
                    for(int i = 1; i &lt;= 1000000; i++) {
                        counter++;
                    }
                } finally {
                    // 잠금 해제 보장
                    lock.unlock();
                }
            }
        });

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

        System.out.println("Counter: " + counter);
    }
}
			
				
					
				
					1
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						import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
 
public class Main {
    static int counter = 0;
    static Lock lock = new ReentrantLock();
 
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Thread thread1 = new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                // 공유 자원 잠금
                lock.lock();
                try {
                    for(int i = 1; i &lt;= 1000000; i++) {
                        counter++;
                    }
                } finally {
                    // 잠금 해제 보장
                    lock.unlock();
                }
            }
        });
 
        Thread thread2 = new Thread(new Runnable() {
            public void run() {
                // 공유 자원 잠금
                lock.lock();
                try {
                    for(int i = 1; i &lt;= 1000000; i++) {
                        counter++;
                    }
                } finally {
                    // 잠금 해제 보장
                    lock.unlock();
                }
            }
        });
 
        thread1.start();
        thread2.start();
        thread1.join();
        thread2.join();
 
        System.out.println("Counter: " + counter);
    }
}
					
				
			
		


단계별 코드 설명

필요한 클래스 임포트:

    



		
		
			
			
Java
			
			import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
			
				
					
				
					1
2
				
						import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;
					
				
			
		



    - Lock: 잠금 작업을 제공하는 인터페이스.

    - ReentrantLock: Lock 인터페이스의 구체적인 구현.
  
공유 자원 정의:

    



		
		
			
			
Java
			
			static int counter = 0;
static Lock lock = new ReentrantLock();
			
				
					
				
					1
2
				
						static int counter = 0;
static Lock lock = new ReentrantLock();
					
				
			
		



    - counter: 스레드에 의해 증가되는 공유 정수 변수.

    - lock: ReentrantLock의 인스턴스로 counter에 대한 접근을 제어.
  
스레드 생성:

    



		
		
			
			
Java
			
			Thread thread1 = new Thread(new Runnable() { ... });
Thread thread2 = new Thread(new Runnable() { ... });
			
				
					
				
					1
2
				
						Thread thread1 = new Thread(new Runnable() { ... });
Thread thread2 = new Thread(new Runnable() { ... });
					
				
			
		



    - 두 개의 스레드(thread1과 thread2)가 Runnable 인터페이스를 사용하여 생성됩니다.
  
잠금 및 증가:

    



		
		
			
			
Java
			
			lock.lock();
try {
    for(int i = 1; i &lt;= 1000000; i++) {
        counter++;
    }
} finally {
    lock.unlock();
}
			
				
					
				
					1
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8
				
						lock.lock();
try {
    for(int i = 1; i &lt;= 1000000; i++) {
        counter++;
    }
} finally {
    lock.unlock();
}
					
				
			
		



    - 각 스레드는 루프에 들어가기 전에 잠금을 획득합니다.

    - counter가 백만 번 증가됩니다.

    - finally 블록은 잠금이 해제되도록 보장하여 잠재적인 데드락을 방지합니다.
  
스레드 시작 및 조인:

    



		
		
			
			
Java
			
			thread1.start();
thread2.start();
thread1.join();
thread2.join();
			
				
					
				
					1
2
3
4
				
						thread1.start();
thread2.start();
thread1.join();
thread2.join();
					
				
			
		



    - 스레드가 시작되고 메인 스레드는 join()을 사용하여 두 스레드가 실행을 완료할 때까지 기다립니다.
  
결과 출력:

    



		
		
			
			
Java
			
			System.out.println("Counter: " + counter);
			
				
					
				
					1
				
						System.out.println("Counter: " + counter);
					
				
			
		



    - counter의 최종 값을 출력하며, 적절한 동기화 덕분에 항상 2000000이 됩니다.
  

프로그램 출력
프로그램을 실행하면 출력은 항상 다음과 같습니다:




		
		
			
			
Java
			
			Counter: 2000000
			
				
					
				
					1
				
						Counter: 2000000
					
				
			
		


이 일관성은 ReentrantLock이 레이스 컨디션을 방지하고 스레드 안전한 작업을 보장하는 데 얼마나 효과적인지를 보여줍니다.

ReentrantLocks 사용 시 모범 사례
ReentrantLock의 이점을 최대화하고 일반적인 함정을 피하기 위해 다음 모범 사례를 고려하십시오:

항상 잠금 해제:
try-finally 블록을 사용하여 예외 발생 시에도 잠금이 해제되도록 보장하십시오.
    




		
		
			
			
Java
			
			lock.lock();
try {
    // 크리티컬 섹션
} finally {
    lock.unlock();
}
			
				
					
				
					1
2
3
4
5
6
				
						lock.lock();
try {
    // 크리티컬 섹션
} finally {
    lock.unlock();
}
					
				
			
		


  
잠금 범위 최소화:
경쟁을 줄이고 성능을 향상시키기 위해 필요한 코드 섹션만 잠그십시오.

공정 잠금 신중하게 사용:
공정 잠금은 스레드 기아를 방지하지만 성능에 영향을 줄 수 있습니다. 필요한 경우에만 공정성을 사용하십시오.

공개적으로 접근 가능한 객체에 대한 잠금 피하기:
외부 간섭을 방지하기 위해 클래스 외부에서 접근할 수 있는 객체에 대해 잠금을 사용하지 마십시오.

인터럽트 적절하게 처리:
인터럽트 가능한 잠금을 사용할 때, 스레드가 InterruptedException을 처리하여 애플리케이션 안정성을 유지하도록 하십시오.



결론
Java의 Reentrant Locks는 멀티스레드 애플리케이션에서 공유 자원에 대한 접근을 제어하기 위한 강력하고 유연한 메커니즘을 제공합니다. 전통적인 synchronized 메서드와 블록에 비해 세밀한 동기화 제어를 허용함으로써, ReentrantLock은 동시 프로그램의 성능과 신뢰성을 향상시킵니다. 적절한 잠금 획득 및 해제와 같은 모범 사례를 구현함으로써, 데드락의 위험을 줄이고 효율적인 자원 관리를 보장할 수 있습니다.
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보충 정보
ReentrantLock과 Synchronized Methods 비교


특징
ReentrantLock
Synchronized Methods


유연성
높음 - lockInterruptibly() 및 tryLock() 같은 메서드 제공
제한적 - 고정된 동작


공정성
공정성 설정 가능
공정성 강제 불가능


성능
추가 기능으로 인한 약간의 오버헤드
경쟁이 없는 시나리오에서 일반적으로 더 빠름


Condition Variables
newCondition()을 통해 여러 조건 변수 지원
객체당 단일 암시적 조건 변수


Interruptibility
잠금을 기다리는 동안 스레드를 인터럽트할 수 있음
잠금을 기다리는 스레드 인터럽트 불가능


ReentrantLock을 사용해야 할 때

잠금 획득 및 해제 메커니즘에 대한 더 많은 제어가 필요할 때.
여러 조건 변수를 필요로 하는 복잡한 동기화 시나리오를 구현할 때.
공정성이 우선일 때, 스레드가 잠금을 요청한 순서대로 잠금을 획득하도록 보장.

추가 자료

ReentrantLock에 대한 Java 문서
Joshua Bloch의 Effective Java
Concurrency in Practice


Reentrant Locks를 마스터함으로써, 스레드 안전하고 효율적인 Java 애플리케이션을 작성할 수 있는 능력이 향상되며, 견고한 동시 시스템을 개발할 수 있는 길이 열립니다.
참고: 이 기사는 AI에 의해 생성되었습니다.
문제	설명
Race Condition	여러 스레드가 동시에 공유 변수를 수정하려 시도하여 예측할 수 없는 결과를 초래합니다.
Data Inconsistency	공유 변수의 최종 값은 실행마다 달라질 수 있어 데이터 신뢰성을 저해합니다.
메커니즘	설명
Synchronized Methods	synchronized 키워드를 사용하여 한 번에 하나의 스레드만 접근할 수 있는 메서드.
Synchronized Blocks	동기화 범위를 세분화하여 동기화된 메서드 내의 코드 블록.
Reentrant Locks	Synchronized 메서드와 블록에 비해 더 유연성을 제공하는 고급 잠금 구현.
특징	ReentrantLock	Synchronized Methods
유연성	높음 - lockInterruptibly() 및 tryLock() 같은 메서드 제공	제한적 - 고정된 동작
공정성	공정성 설정 가능	공정성 강제 불가능
성능	추가 기능으로 인한 약간의 오버헤드	경쟁이 없는 시나리오에서 일반적으로 더 빠름
Condition Variables	newCondition()을 통해 여러 조건 변수 지원	객체당 단일 암시적 조건 변수
Interruptibility	잠금을 기다리는 동안 스레드를 인터럽트할 수 있음	잠금을 기다리는 스레드 인터럽트 불가능