자바 - 정적 동기화

안녕하세요, 자바 프로그래머를 꿈꾸는 여러분! 오늘은 자바에서 정적 동기화(static synchronization)에 대해 탐험해보겠습니다. 프로그래밍에 새로운 사람이라도 걱정 마세요. 저는 이 개념을 단계별로 설명하고, 예제와 설명을 통해 여러분을 안내할게요. 그럼, 시작해보겠습니다!

Java - Static Synchronization

기본 개념 이해

정적 동기화에 뛰어들기 전에, 몇 가지 기본 개념을 빠르게 살펴보겠습니다.

멀티스레딩이란?

배달의 레시피를 준비하는 데 시간을 드는 것을 상상해보세요. 당신은 순차적으로 장미를 썬다가 물을 끓이고, 그 다음 파스타를 구워야만 하죠. 하지만 이 작업들을 동시에 할 수 있다면 더 효율적이지 않을까요? 이것이 바로 프로그래밍에서 멀티스레딩이 하는 일입니다.

멀티스레딩은 프로그램이 여러 스레드(프로세스의 작은 단위)를 동시에 실행할 수 있게 합니다. 이는 특히 독립적으로 수행할 수 있는 작업을 처리할 때 애플리케이션의 성능을 크게 향상시킬 수 있습니다.

동기화란?

이제 이런 상황을 상상해보세요. 당신과 방안에 사는 친구가 동시에 같은 날카로기를 사용하려고 한다면, 혼란이 벌어질 텐데요. 이때 동기화가 필요합니다. 자바에서 동기화는 한 번에 하나의 스레드만 공유된 자원에 접근할 수 있도록 하여 충돌을 방지하고 데이터 일관성을 보장합니다.

자바의 정적 동기화

정적 동기화는 클래스의 정적 메서드나 블록을 동기화하는 방법입니다. 이는 클래스의 개별 객체보다는 전체 클래스에 특별한 락을 걸는 것과 같습니다.

왜 정적 동기화가 필요한가?

Counter라는 클래스가 있는데, 이 클래스에 정적 메서드 increment()가 있다고 가정해봅시다. 여러 스레드가 이 메서드를 동시에 호출하면, 올바르지 않은 결과를 얻을 수 있습니다. 정적 동기화는 이를 방지하기 위해 한 번에 하나의 스레드만이 메서드를 실행할 수 있도록 합니다.

정적 동기화의 문법

다음은 정적 동기화를 어떻게 구현할 수 있는지의 예입니다:

public class Counter {
private static int count = 0;

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

public static int getCount() {
return count;
}
}

이 예제에서는 increment() 메서드 앞의 synchronized 키워드 때문에 메서드가 정적으로 동기화됩니다. 이는 Counter 객체가 몇 개 있던지 상관없이 한 번에 하나의 스레드만이 이 메서드를 실행할 수 있음을 의미합니다.

정적 동기화 없는 멀티스레딩

정적 동기화를 사용하지 않은 경우 어떤 일이 벌어질까요? 아래의 코드를 살펴보겠습니다:

public class UnsynchronizedCounter {
private static int count = 0;

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

public static int getCount() {
return count;
}
}

public class UnsynchronizedTest {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread t1 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
UnsynchronizedCounter.increment();
}
});

Thread t2 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
UnsynchronizedCounter.increment();
}
});

t1.start();
t2.start();

t1.join();
t2.join();

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

이 코드를 여러 번 실행하면 다른 결과를 얻을 수 있으며, 항상 기대한 2000이 아닐 수 있습니다. 이는 스레드가 카운트를 증가시킬 때 서로에게 방해받기 때문입니다.

정적 동기화를 사용하는 멀티스레딩

이제 정적 동기화가 이 문제를 어떻게 해결하는지 살펴보겠습니다:

public class SynchronizedCounter {
private static int count = 0;

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

public static int getCount() {
return count;
}
}

public class SynchronizedTest {
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread t1 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
SynchronizedCounter.increment();
}
});

Thread t2 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
SynchronizedCounter.increment();
}
});

t1.start();
t2.start();

t1.join();
t2.join();

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

이 코드를 실행하면 꾸준히 2000이라는 최종 카운트를 얻을 수 있습니다. synchronized 키워드 때문에 한 번에 하나의 스레드만이 increment() 메서드를 실행할 수 있어서 서로에게 방해받지 않습니다.

현실 세계의 비유

정적 동기화는 레스토랑의 단일 차일드 화장실과 유사합니다. 레스토랑에 몇 명이 있든지 상관없이 한 번에 한 명만 화장실을 사용할 수 있습니다. 화장실은(정적 동기화 메서드는) 모든 고객(스레드)에게 공유되지만, 접근은 충돌을 방지하기 위해 제어됩니다.

정적 동기화를 언제 사용하는가?

정적 동기화는 다음과 같은 경우에 특히 유용합니다:

공유된 정적 변수를 수정하는 정적 메서드가 있는 경우.
클래스 전체를 동기화하고 싶은 경우.
한 번에 하나의 스레드만이 특정 정적 메서드를 실행하도록 하고 싶은 경우.

잠재적 단점

정적 동기화는 강력하지만, 신중하게 사용해야 합니다:

과도하게 사용하면 성능에 영향을 줄 수 있습니다. 스레드가 더 많이 락을 기다리게 될 수 있습니다.
주의하지 않으면 데드락이 발생할 수 있습니다.

결론

자바의 정적 동기화는 정적 메서드와 자원에 대한 동시 접근을 관리하는 강력한 도구입니다. 이 개념을 이해하고 적용하면 더 강健하고 스레드 안전한 애플리케이션을 작성할 수 있습니다.

기억하세요, 연습이 책임입니다! 여러분自身的 멀티스레딩 프로그램을 작성하고 정적 동기화를 실험해보세요. 실수는 교훈이 될 뿐입니다.

코딩을 즐기세요, 미래의 자바 마스터들!

메서드	설명
`public static synchronized void methodName()`	정적으로 동기화된 메서드를 선언
`synchronized(ClassName.class) { ... }`	정적으로 동기화된 블록을 만듭니다
`Thread.start()`	새로운 스레드를 시작합니다
`Thread.join()`	스레드가 완료될 때까지 기다립니다

Credits: Image by storyset