자바 - 동기화

안녕하세요, 미래의 자바 마법사 여러분! 오늘은 자바 프로그래밍에서 가장 중요한 개념 중 하나인 동기화에 대해 다룰 것입니다. 프로그래밍에 새로운 사람이라도 걱정 마세요; 저는 수많은 학생들을 가르쳐왔던 것처럼 저를 따라서 단계별로 이 여정을 안내해 드릴게요. 그럼, 좋아하는 음료를 들고 편하게 앉아서 함께 이 흥미로운 모험에 떠나보세요!

Java - Synchronization

동기화란 무엇이며 왜 필요한가?

혼자 빵집에서 여러 셰프가 복잡한 요리를 준비하려고 한다고 상상해봅시다. 만약 그들이 모두 협조 없이 재료를 가져다가 먹으려 한다면 어떤 일이 벌어질까요? 자바 프로그램에서 여러 스레드가 동시에 공유된 자원에 접근하려고 할 때도 마찬가지입니다. 이때 동기화가 구원을 시도합니다!

자바의 동기화는 바쁜 빵집에 교통 경찰이 있는 것과 같아, 한 번에 한 셰프(스레드)만 특정 재료(자원)를 사용할 수 있도록 합니다. 이를 통해 순서를 유지하고 충돌을 방지하여 프로그램이 예상치 못한 놀라움 없이 원활하게 실행됩니다.

스레드 동기화의 필요성

실세계의 예를 통해 동기화의 중요성을 이해해 봅시다:

public class BankAccount {
private int balance = 1000;

public void withdraw(int amount) {
if (balance >= amount) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is about to withdraw...");
balance -= amount;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " has withdrawn " + amount);
} else {
System.out.println("Sorry, not enough balance for " + Thread.currentThread().getName());
}
}

public int getBalance() {
return balance;
}
}

이 예제에서는 간단한 BankAccount 클래스와 withdraw 메서드가 있습니다. 간단하죠? 하지만 두 사람이 동시에 돈을 인출하려고 할 때 어떤 일이 벌어질까요? Let's find out!

public class UnsynchronizedBankDemo {
public static void main(String[] args) {
BankAccount account = new BankAccount();

Thread john = new Thread(() -> {
account.withdraw(800);
}, "John");

Thread jane = new Thread(() -> {
account.withdraw(800);
}, "Jane");

john.start();
jane.start();

try {
john.join();
jane.join();
} catch (InterruptedException e) {
e.printStackTrace();
}

System.out.println("Final Balance: " + account.getBalance());
}
}

이 프로그램을 실행하면 이렇게 보일 수 있습니다:

John is about to withdraw...
Jane is about to withdraw...
John has withdrawn 800
Jane has withdrawn 800
Final Balance: -600

며칠, 어째서 음수 잔고가 나왔을까요? 이, 친구들, 우리가 경쟁 조건이라고 부르는 것입니다. John과 Jane이 모두 잔고를 확인했고, 돈이 충분하다고 생각하여 인출했습니다. 이 정확히 왜 우리가 동기화를 필요로 한다는 이유입니다!

자바에서 동기화 구현

이제 문제를 알았으니, 자바가 이를 어떻게 해결할 수 있는지 살펴보겠습니다. 자바는 여러 가지 방법으로 동기화를 구현할 수 있지만, 우리는 가장 일반한 두 가지에 집중하겠습니다:

동기화 메서드
동기화 블록

동기화 메서드

가장 쉽게 동기화를 추가하는 방법은 메서드 선언에서 synchronized 키워드를 사용하는 것입니다. BankAccount 클래스를 수정해 봅시다:

public class BankAccount {
private int balance = 1000;

public synchronized void withdraw(int amount) {
if (balance >= amount) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is about to withdraw...");
balance -= amount;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " has withdrawn " + amount);
} else {
System.out.println("Sorry, not enough balance for " + Thread.currentThread().getName());
}
}

public int getBalance() {
return balance;
}
}

이제 이 동기화된 메서드를 사용하여 프로그램을 실행하면 훨씬 더 감각적인 출력이 나옵니다:

John is about to withdraw...
John has withdrawn 800
Sorry, not enough balance for Jane
Final Balance: 200

훨씬 나아졌습니다! 하나의 스레드만 withdraw 메서드를 동시에 실행할 수 있어 이전의 문제를 방지합니다.

동기화 블록

때로는 entire 메서드를 동기화하고 싶지 않을 수 있습니다. 이 경우에는 동기화 블록을 사용할 수 있습니다. 이렇게 하면:

public class BankAccount {
private int balance = 1000;
private Object lock = new Object(); // 이것이 우리의 록 객체입니다

public void withdraw(int amount) {
synchronized(lock) {
if (balance >= amount) {
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " is about to withdraw...");
balance -= amount;
System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " has withdrawn " + amount);
} else {
System.out.println("Sorry, not enough balance for " + Thread.currentThread().getName());
}
}
}

public int getBalance() {
return balance;
}
}

이는 동기화된 메서드와 같은 결과를 달성하지만, 우리에게 더 많은 제어력을 제공하여 코드의 어느 부분이 동기화될지 결정할 수 있습니다.

적절한 동기화의 중요성

이제 "멋집니다! 그럼 저는 모든 것을 동기화하겠다!"라고 생각할 수 있지만, 조심하세요! 과도한 동기화는 성능 문제를 유발할 수 있습니다. 작은 마을의 모든 교차로에 신호등을 설치하는 것과 같아 - 안전할 수는 있지만, 모든 것이 매우 느려지겠죠.

키는 필요한 것만 동기화하는 것입니다. 우리의 은행 계좌 예제에서는 우리가 확인하고 업데이트하는 잔고 부분만 동기화해야 합니다.

일반 동기화 메서드

자바는 동기화 작업에 유용한 여러 가지 메서드를 제공합니다.以下는 일부 일반 메서드입니다:

메서드	설명
`wait()`	현재 스레드를 다른 스레드가 `notify()` 또는 `notifyAll()`을 호출할 때까지 기다립니다
`notify()`	이 객체의 모니터를 기다리고 있는 단일 스레드를 깨웁니다
`notifyAll()`	이 객체의 모니터를 기다리고 있는 모든 스레드를 깨웁니다
`join()`	스레드가 죽을 때까지 기다립니다

이 메서드들은 더 복잡한 동기화 시나리오에서 매우 유용할 수 있습니다.

결론

그렇게 저는 자바 동기화의 땅을 거쳐 여러분과 함께 여정을 했습니다. 기억하세요, 동기화는 요리를 준비할 때 소금과 같아 - 프로그램을 향상시키기 위해 적절히 사용하되, 모든 것을 덮어버리지 않도록 주의하세요.

자바 모험을 계속하면 더 복잡한 동기화 시나리오를 마주칠 것입니다. 하지만 걱정 마세요! 이 기초를 바탕으로 여러분은 어떤 멀티스레드 도전에도 맞서실 준비가 되어 있습니다.

코드를 계속 쓰고, 계속 배우며, 가장 중요한 것은 즐기세요! 결국 프로그래밍은 과학뿐만 아니라 예술입니다. 다음에 뵙겠습니다, 여러분의 스레드가 동기화되고 자바가 강한 기원을 빌려드립니다!

Credits: Image by storyset