Java 멀티스레드 프로그래밍

Java에서 동시성(Concurrency)을 다루는 방법을 살펴봅니다.

ThreadPoolExecutor

요청을 큐에 쌓고, 스레드 풀의 가용 범위 안에서 처리합니다.

기본 사용법

BlockingQueue<Runnable> mDownloadWorkQueue = new LinkedBlockingQueue<Runnable>();

ThreadPoolExecutor executor = new ThreadPoolExecutor(
    CORE_POOL_SIZE,
    MAXIMUM_POOL_SIZE,
    KEEP_ALIVE_TIME,
    KEEP_ALIVE_TIME_UNIT,
    mDownloadWorkQueue
);

주요 개념

  • corePoolSize: 유휴 스레드가 있어도 이 크기까지 스레드가 증가합니다.
  • maximumPoolSize: 스레드 풀의 최대 크기입니다.
  • keepAliveTime: corePoolSize를 초과하는 유휴 스레드가 이 시간 이상 유휴 상태면 종료됩니다.

LinkedBlockingQueue

  • Linked: LinkedList 기반 구현
  • Blocking: 큐가 가득 차면 추가 작업이 큐가 빌 때까지 블록됩니다.

Thread Interrupt

스레드를 안전하게 중단하는 방법입니다.

// 다른 스레드에서 인터럽트 발생
thread.interrupt();

// 스레드 내부에서 인터럽트 체크
if (Thread.interrupted()) {
    return;
}

// sleep 중 인터럽트가 걸리면 InterruptedException 발생
try {
    Thread.sleep(1000);
    System.out.println("task");
} catch (InterruptedException e) {
    throw new RuntimeException("Thread interrupted..." + e);
}

synchronized, volatile, atomic

동시성 제어를 위한 세 가지 접근 방식의 차이점을 이해하는 것이 중요합니다.

두 가지 핵심 개념

  1. Mutual Exclusion (상호 배제): 한 번에 하나의 스레드만 임계 영역(critical section)을 실행할 수 있습니다.
  2. Visibility (가시성): 한 스레드가 공유 데이터를 변경하면 다른 스레드에서 그 변경 사항이 보입니다.

volatile

volatile은 가시성만 보장하고, 상호 배제는 보장하지 않습니다.

private volatile boolean flag = false;

동작 원리:

  • 하드웨어 상 스레드별로 static 변수에 대해 CPU 캐시를 가지고 있습니다.
  • volatile은 이 캐시를 사용하지 않고 항상 메인 메모리에서 읽고 씁니다.
  • 따라서 다른 스레드의 변경 사항이 즉시 반영됩니다.

주의: 대부분의 경우 상호 배제와 가시성이 모두 필요하므로, volatile만으로는 충분하지 않습니다.

synchronized

상호 배제와 가시성을 모두 보장합니다.

// 인스턴스 메서드에 사용 - 객체 단위 락
public synchronized void method() {
    // ...
}

// static 메서드에 사용 - 클래스 단위 락
public static synchronized void staticMethod() {
    // ...
}

// 블록 사용 - 특정 객체에 대한 락
synchronized(object) {
    // ...
}

// 클래스 단위 락
synchronized(Apple.class) {
    // ...
}

중요: 메서드에 붙는 synchronized 키워드는:

  • 멤버 메서드: 해당 객체에 대한 락
  • static 메서드: 해당 클래스에 대한 락

atomic

java.util.concurrent.atomic 패키지의 클래스들은 락 없이 원자적 연산을 제공합니다.

AtomicInteger counter = new AtomicInteger(0);
counter.incrementAndGet();  // 원자적 증가
counter.compareAndSet(expected, newValue);  // CAS 연산

비교표

특성 volatile synchronized atomic
상호 배제 X O O (연산 단위)
가시성 O O O
성능 좋음 보통 좋음
복합 연산 X O 제한적

참고사항

  • 단순 플래그 읽기/쓰기만 필요한 경우 volatile을 사용할 수 있습니다.
  • 복합 연산(read-modify-write)이 필요하면 synchronized나 atomic을 사용하세요.
  • 카운터나 누적 값에는 AtomicInteger, AtomicLong 등이 효율적입니다.

참고 자료