병렬 프로그래밍에서 안전한 코드의 근본 목적은 공유되고 변경할 수 있는 상태 접근을 관리하는 것이다. 이를 위해 스레드와 락 등 도구를 사용한다.
스레드 안전성은 공유되는 상태를 제어 없이 동시 접근하는 것을 막는 것이다. 이를 위해서 동기화라는 상태 접근에 대한 조율 과정이 필요하다.
스레드 안전성을 지키는 가장 좋은 방법은 애초에 클래스 설계 시 이를 염두하는 것이다. 추후 스레드 안전성을 지키기 위해 작업한다면 많은 리소스가 소요된다. 스레드 안전성을 지키기 위한 리펙터링에는 다음과 같은 접근법이 있다.
- 해당 상태 변수를 스레드 간에 공유하지 않는다
- 해당 상태 변수를 변경할 수 없게 만든다
- 해당 상태 변수에 접근할 땐 언제나 동기화를 사용한다.
스레드 안전한 클래스를 설계할 때는 캡슐화와 불변 객체를 잘 활용해야한다. 상태를 외부에 드러내는 일이 적어야 적절히 동기화가 잘 되는지 확인하기 쉽다.

1. 스레드 안전성이란?

스레드 안전성 정의:
- 여러 스레드가 클래스에 접근할 때, 실행 환경의 스레드 스케줄링 방식에 영향받지 않고 클라이언트에서 추가적인 동기화가 없어도 정확이 동작하는 클래스
상태를 갖지 않는 코드는 레이싱 컨디션이 없어서 스레드 안전하다

아래와 같이 상태를 갖거나 유효하지 않는 값을 참조해 다음 로직을 결정하는 check-then-act 형태 구문은 경쟁 조건 대상이다.

@ThreadSafe
public class StatelessFactorizer implements Servlet {
  private long count = 0;
    
  @Override
  public void service(ServletRequest req, ServletResponse resp)
          throws ServletException, IOException {
      BigInteger i = extractFromRequest(req);
      BigInteger[] factors = factor(i);
      count++;
      encodeIntoResponse(resp, factors);
  }
}

스레드 안전성 보장을 위해선 연산이 여러 하위 동작으로 이루어진 복합 동작(compound action)이면 안된다. 전체가 단일 연산이어야한다. 위예제를 단일 연산 변수(actomic variable)를 이용해 다음과 같이 스레드 안전하게 수정할 수 있다.

@ThreadSafe
public class StatelessFactorizer implements Servlet {
  private final AtomicLong count = new AtomicLong(0);
    
  @Override
  public void service(ServletRequest req, ServletResponse resp)
          throws ServletException, IOException {
      BigInteger i = extractFromRequest(req);
      BigInteger[] factors = factor(i);
      count.incrementAndGet();
      encodeIntoResponse(resp, factors);
  }
}

2. 락

상태가 한개라면 atomic variable로 커버되지만, 상태를 일관성있게 유지해야하는 변수가 여러개라면 다른 방법을 사용해 단일 연산으로 갱신해야한다. 락을 통해 이를 해결할 수 있다

2.1 암묵적인 락(Intrinsic lock)

자바에 내장된 락을 암묵적 락 또는 모니터 락(monitor lock)이라 한다.
synchronized block은 락으로 사용 될 객체의 참조값과 해당 락으로 보호하려는 코드블록으로 나뉜다. 블록에 진입하면 락이 획득되고, 예외 발생 또는 블록을 벗어나면 락이 자동 해지된다. ```java synchronized (lock) {…}

synchronized void fun(…) {…}

- 하지만 이 방법을 사용한 서블릿은 여러 클라이언트가 동시에 사용할 수 없어서 응답성이 떨어진다.

## 2.2 재진입성

- 재진입성은 락을 획득한 스레드가 같은 락을 획득하려고 할 때 다시 락을 획득할 수 있는 성질이다. 즉, 락은 스레드 단위로 관리된다.
- 재진입성이 없다면, 락을 취득한 스레드가 같은 락을 요구하는 코드를 실행해야 할때 데드락에 빠질 수 있다.

```java
synchronized void a() {...}
synchronized void b() {
	a(); // b() 진입에서 락 취득 후, 같은 락으로 a() 진입 필요
}

2.3 락으로 상태 보호하기

락을 확보한 상태로 복합 동작을 실행하면, 이 동작들이 원자적으로 실행되는것 처럼 보이게 할 수 있다.
공유 변수는 read, write 상관 없이 접근에는 모두 동일한 락을 확보한 상태여야한다.
Java에서 Vector를 포함한 동기화된 컬랙션 클래스는 변경 가능한 변수를 캡슐화하고, 객체의 암묵적인 락을 사용해 변수에 접근하는 모든 경로를 동기화해서 내부 변수를 보호한다.
여러 변수에 대한 불변조건이 있다면, 해당 변수들은 모두 같은 락으로 보호해야한다.

2.5 활동성과 성능

너무 많은 양의 코드를 synchronized로 락을 잡으면 병렬 처리 능력이 떨어진다. 때문에 오래 걸리는 작업을 synchronized 블록 내부에서 배제시켜서 병렬성을 지킬 필요가 있다.
락을 잡을 때는 안전성, 단순성, 성능 등 서로 상충하는 설계 원칙 사이에 적절한 타협이 필요하다.

출처 - 자바병렬프로그래밍

1. 스레드 안전성이란?

2. 락

2.1 암묵적인 락(Intrinsic lock)

2.3 락으로 상태 보호하기

2.5 활동성과 성능

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