자바 - 스레드 데드락

안녕하세요, 미래의 자바 마법사 여러분! 오늘은 자바 프로그래밍에서 가장 까다로운 개념 중 하나를 탐구하려고 합니다: 스레드 데드락. 두려워 마세요 - 이 수업이 끝날 때까지 여러분은 데드락 탐정이 되어, 이러한 문제를 전문가처럼 발견하고 해결할 수 있을 것입니다!

스레드 데드락이란 무엇인가요?

저녁 식회에 가서 덤벼야 하는데, 포크와 날이 모두 필요합니다. 포크를 들었지만, 날을 잡으려고 했을 때 친구가 이미 날을 들고 있습니다. 동시에 친구도 여러분의 포크를 들어 덤벼야 하지만, 여러분은 날을 잡을 때까지 포크를 놓지 않습니다. 둘 다 서로가 필요한 것을 놓치기를 기다리고 있습니다. 이것이, 친구들아, 현실 생활에서의 데드락입니다!

자바에서는 두 개 이상의 스레드가 영원히 차단되고, 서로가 해제할 리소스를 기다리는 경우 데드락이 발생합니다. 마이크스 톱스타일의 상황이지만, 자바 스레드가 카우보이 대신에 있습니다!

스레드와 동기화 이해하기

데드락에 더 깊이 들어가기 전에, 몇 가지 주요 개념을 빠르게 검토해 봅시다:

스레드

스레드는 프로그램의 작은 작업자로, 각각 특정 작업을 합니다. 그들은 동시에 작업할 수 있어 프로그램이 더 효율적일 수 있습니다.

동기화

동기화는 한 번에 하나의 스레드만 공유 자원에 접근할 수 있도록 하는 방법입니다. 호텔 방 문에 "방해 금지" 표지를 걸어 두는 것과 같습니다.

데드락이是如何发生的

데드락은 주로 네 가지 조건(코프만 조건으로 알려져 있습니다)이 충족될 때 발생합니다:

1. 상호 배제: 적어도 하나의 자원이 비공유 모드로 보관되어야 합니다.
2. 보유하고 기다리기: 스레드는 다른 스레드가 보관하고 있는 추가 자원을 취득하기 위해 기다리는 동안 적어도 하나의 자원을 보관해야 합니다.
3. 사전 절대: 자원은 강제로 스레드에서 가져올 수 없고, 자발적으로 해제되어야 합니다.
4. 순환 기다리기: 두 개 이상의 스레드가 서로에게 순환적으로 기다리는 체인이 형성됩니다.

예제: 데드락 상황 보여주기

클래식한 데드락 상황을 살펴보겠습니다. 두 개의 자원(오브젝트로 표현됩니다)와 이러한 자원을 다른 순서로 취득하려는 두 개의 스레드를 만듭니다.

public class DeadlockExample {
private static Object resource1 = new Object();
private static Object resource2 = new Object();

public static void main(String[] args) {
Thread thread1 = new Thread(() -> {
synchronized (resource1) {
System.out.println("Thread 1: Holding Resource 1...");
try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) {}
System.out.println("Thread 1: Waiting for Resource 2...");
synchronized (resource2) {
System.out.println("Thread 1: Holding Resource 1 and Resource 2");
}
}
});

Thread thread2 = new Thread(() -> {
synchronized (resource2) {
System.out.println("Thread 2: Holding Resource 2...");
try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) {}
System.out.println("Thread 2: Waiting for Resource 1...");
synchronized (resource1) {
System.out.println("Thread 2: Holding Resource 2 and Resource 1");
}
}
});

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

이것을 분석해 봅시다:

1. 두 개의 Object 인스턴스 resource1과 resource2를 만들어 공유 자원으로 사용합니다.
2. 두 개의 스레드를 만듭니다:

• thread1은 먼저 resource1을 취득하고, 그런 다음 resource2를 취득하려고 합니다.
• thread2는 먼저 resource2을 취득하고, 그런 다음 resource1을 취득하려고 합니다.

3. 두 스레드는 synchronized 키워드를 사용하여 자원을 잠그습니다.
4. 작은 지연(Thread.sleep(100))을 추가하여 데드락이 발생할 가능성을 높입니다.

이 코드를 실행하면 데드락이 발생할 가능성이 큽니다. 스레드 1은 resource1을 취득하고 resource2를 기다리지만, 스레드 2는 resource2를 취득하고 resource1을 기다리게 됩니다. 어느 스레드도 진행할 수 없어 데드락이 발생합니다.

데드락 해결 예제

이제 데드락이是如何 발생했는지를 알았으니, 이를 어떻게 예방할 수 있는지 살펴보겠습니다. 간단한 해결책은 모든 스레드에서 자원을 항상 같은 순서로 취득하는 것입니다.

public class DeadlockSolutionExample {
private static Object resource1 = new Object();
private static Object resource2 = new Object();

public static void main(String[] args) {
Thread thread1 = new Thread(() -> {
synchronized (resource1) {
System.out.println("Thread 1: Holding Resource 1...");
try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) {}
synchronized (resource2) {
System.out.println("Thread 1: Holding Resource 1 and Resource 2");
}
}
});

Thread thread2 = new Thread(() -> {
synchronized (resource1) {
System.out.println("Thread 2: Holding Resource 1...");
try { Thread.sleep(100); } catch (InterruptedException e) {}
synchronized (resource2) {
System.out.println("Thread 2: Holding Resource 1 and Resource 2");
}
}
});

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

이 해결책에서:

1. 두 스레드는 모두 먼저 resource1을 취득하고, 그런 다음 resource2를 취득합니다.
2. 이를 통해 자원 취득의 일관된 순서를 유지하여 순환 기다리기 조건을 예방합니다.

데드락 피하는 베스트 프랙티스

1. 항상 같은 순서로 자원을 취득: 우리의 해결책 예제처럼, 순환 기다리기를 예방합니다.
2. 중첩된 잠금을 피하고: 동기화 블록의 수를 최소화하려고 시도합니다.
3. tryLock()을 사용하여 타임아웃 설정: 무기한으로 기다리는 대신, tryLock()을 사용하여 특정 시간 동안 자원을 취득하려고 시도합니다.
4. 자원을 장시간 보관하지 마세요: 공유 자원을 사용한 후에는 빨리 자원을 해제합니다.

결론

축하합니다! 여러분은 자바 스레드 데드락의 비밀을 풀었습니다. 기억하십시오, 다중 스레드 프로그램을 작성하는 것은 복잡한 무대를 직접하는 것과 같습니다 - 신중한 계획과 협조가 필요하여 모든 무대를光滑하게 움직이게 하고, 서로의 발을 밟지 않도록 합니다.

자바 여정을 계속하면서, 이러한 개념을 기억하고 있으면 효율적이고 데드락이 없는 다중 스레드 프로그램을 작성할 준비가 될 것입니다. 코딩 잘 하세요, 여러분의 스레드가 항상 조화롭게 되길 바랍니다!

메서드	설명
synchronized	동기화 블록이나 메서드를 생성하는 데 사용되는 키워드
Object.wait()	현재 스레드를 다른 스레드가 notify() 또는 notifyAll()을 호출할 때까지 기다리게 합니다
Object.notify()	이 객체의 모니터를 기다리는 단일 스레드를 깨웁니다
Object.notifyAll()	이 객체의 모니터를 기다리는 모든 스레드를 깨웁니다
Thread.sleep(long millis)	현재 실행 중인 스레드를 지정된 밀리초 동안 잠시 멈춥니다
Lock.tryLock()	무료 상태일 때에만 잠금을 취득합니다
Lock.tryLock(long time, TimeUnit unit)	지정된 대기 시간 동안 잠금을 취득하려고 시도합니다
ReentrantLock.lock()	잠금을 취득합니다
ReentrantLock.unlock()	잠금을 해제합니다

이 메서드들은 여러분의 다중 스레드 툴킷에 강력한 도구입니다. 현명하게 사용하면, 강력하고 효율적인 자바 애플리케이션을 쉽게 만들 수 있을 것입니다!

Credits: Image by storyset