고급 동기화 - concurrent.Lock

synchronized 단점

• 무한 대기: BLOCKED 상태의 스레드는 락이 풀릴 때 까지 무한 대기
• 공정성: 락 획득을 대기 중인 스레드 중 어떤 스레드가 락을 획득할 지 알 수 없음

위 두 문제를 해결 한 것이 Lock 입니다.

LockSupport

LockSupport를 사용하면 무한 대기 상태를 해결할 수 있습니다.

기능

• park(): 스레드를 WAITING 상태로 변경
• parkNanos(nanos): 스레드를 나노초 동안만 TIMED_WAITING 상태로 변경
• unpark(): WAITING → RUNNABLE 상태로 변경

• BLOCKED : 인터럽트가 들어와도 무시하고 무한 대기
• WAITING : 인터럽트가 들어오면 적용

ReentrantLock

• Lock 인터페이스의 대표 구현체 중 하나
• LockSupport를 사용하여 synchronized의 단점을 해결

무한 대기 문제 해결

Lock 인터페이스

public interface Lock {
  void lock();

  void lockInterruptibly() throws InterruptedException;

  boolean tryLock();

  boolean tryLock(long time, TimeUnit unit) throws InterruptedException;

  void unlock();

  Condition newCondition();
}

• lock()
  • 락을 획득
  • 다른 스레드가 이미 락을 획득 했다면 풀릴 때 까지 WAITING 상태로 대기
  • 대기 중 인터럽트 응답 X
  • 즉, 무한 대기 상태
• lockInterruptibly()
  • 락을 획득
  • 대기 중 인터럽트 응답 O
• tryLock()
  • 락 획득을 시도하고, 즉시 성공 여부 반환
• tryLock(long time, TimeUnit unit)
  • 주어진 시간 동안 락 획득 시도
  • 대기 중 인터럽트 응답 O
• unlock()
  • 락 해제
  • 락을 획득한 스레드가 finally를 통해 반드시 호출
• newCondition()
  • Condition 객체를 생성하여 반환
  • Condition 객체는 락과 결합하여 사용
  • 스레드가 특정 조건을 기다리거나 신호를 받을 수 있도록 함

lock() 을 제외한 락 획득 메서드는 모두 인터럽트에 응답 하므로 무한 대기 상태에서 빠져나올수 있습니다.

여기서 사용하는 락은 모니터 락이 아닌 객체 내부의 락입니다.

공정성 문제 해결

// 비공정 모드 락
private final Lock nonFairLock = new ReentrantLock();

// 공정 모드 락
private final Lock fairLock = new ReentrantLock(true);

ReentrantLock 객체를 생성할 때 인자 값으로 true를 넘기면 공정 모드로 생성됩니다.

비공정 모드

• 성능 우선: 락을 획득하는 속도가 빠름
• 선점 가능: 새로운 스레드가 기존 대기 스레드 보다 먼저 락을 획득할 수 있음
• 기아 현상 가능성: 특정 스레드가 계속해서 락을 획득 못할 수 있음

공정 모드

• 성능 저하: 락을 획득하는 속도가 느림
• 공정성 보장: 대기 큐에서 먼저 대기한 스레드가 락을 먼저 획득
• 기아 현상 방지: 모든 스레드가 언젠가 락을 획득할 수 있게 보장

사용 예시

public class BankAccountV4 implements BankAccount {

  private int balance;

  private final Lock lock = new ReentrantLock();

  public BankAccountV4(int initialBalance) {
    this.balance = initialBalance;
  }

  @Override
  public boolean withdraw(int amount) {
    log("거래 시작: " + getClass().getSimpleName());

    try {
      lock.lock(); // lock 걸기

      // 잔고가 출금액 보다 적으면, 진행하면 안됨
      log("[검증 시작] 출금액: " + amount + ", 잔액: " + balance);
      if (balance < amount) {
        log("[검증 실패] 출금액: " + amount + ", 잔액: " + balance);
        return false;
      }

      // 잔고가 출금액 보다 많으면, 진행
      log("[검증 완료] 출금액: " + amount + ", 잔액: " + balance);
      sleep(1000);
      balance -= amount;
      log("[출금 완료] 출금액: " + amount + ", 잔액: " + balance);
    } finally {
      lock.unlock(); // lock 해제
    }

    log("거래 종료: " + getClass().getSimpleName());
    return true;
  }

  @Override
  public int getBalance() {
    try {
      lock.lock(); // lock 걸기
      return balance;
    } finally {
      lock.unlock(); // lock 해제
    }
  }
}

참고

• https://www.inflearn.com/course/김영한의-실전-자바-고급-1