14.6 스레드 동기화

멀티 스레드는 하나의 객체를 공유해서 작업할 수도 있다. 이 경우, 다른 스레드에 의해 객체 내부 데이터가 쉽게 변경될 수 있기 때문에 의도했던 것과는 다른 결과가 나올 수 있다.

스레드가 사용 중인 객체를 다른 스레드가 변경할 수 없도록 하려면 스레드 작업이 끝날 때까지 객체에 잠금을 걸면 된다. 이를 위해 자바는 동기화(synchronized) 메소드와 블록을 제공한다.

객체 내부에 동기화 메소드와 동기화 블록이 여러 개가 있다면 스레드가 이들 중 하나를 실행할 때 다른 스레드는 해당 메소드는 물론이고 다른 동기화 메소드 및 블록도 실행할 수 없다. 하지만 일반 메소드는 실행이 가능하다.

동기화(Synchronization) 시각화: “공용 화장실 비유”

flowchart TD
    subgraph WaitQueue [화장실 밖 (대기줄)]
        Thread2[스레드 B\n기다림...]
        Thread3[스레드 C\n기다림...]
    end
    
    subgraph SyncObject [공용 화장실 (동기화 객체)]
        Thread1[스레드 A\n사용 중! 🚽\n(Lock 획득)]
    end
    
    Thread2 -.->|문 잠김 🔒| SyncObject
    Thread1 -->|사용 완료 후\nLock 반납 🔓| End[다음 차례 입장]
    
    style SyncObject fill:#fff3cd,stroke:#e6b800,stroke-width:2px
    style Thread1 fill:#d4edda,stroke:#28a745
    style Thread2 fill:#f8d7da,stroke:#dc3545
    style Thread3 fill:#f8d7da,stroke:#dc3545

동기화 메소드 및 블록 선언

동기화 메소드를 선언하는 방법은 다음과 같이 synchronized 키워드를 붙이면 된다. synchronized 키워드는 인스턴스와 정적 메소드 어디든 붙일 수 있다.

public synchronized void method() {
	// 단 하나의 스레드만 실행하는 영역
}

스레드가 동기화 메소드를 실행하는 즉시 객체는 잠금이 일어나고, 메소드 실행이 끝나면 잠금이 풀린다. 메소드 전체가 아닌 일부 영역을 실행할 때만 객체 잠금을 걸고 싶다면 다음과 같이 동기화 블록을 만들면 된다.

public void method() {
	// 여러 스레드가 실행할 수 있는 영역
	synchronized(공유객체) {
		// 단 하나의 스레드만 실행하는 영역
	}
	// 여러 스레드가 실행할 수 있는 영역
}

다음 예제는 공유 객체로 사용할 Calculator이다. setMemory1()을 동기화 메소드로, setMemory2()를 동기화 블록을 포함하는 메소드로 선언했다.

package ch14.sec06.exam01;

public class Calculator {
	private int memory;

	public int getMemory() {
		return memory;
	}

	public synchronized void setMemory1(int memory) {
		this.memory = memory;
		try {
			Thread.sleep(2000);
		} catch(InterruptedException e) {}
		System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": " + this.memory);
	}

	public void setMemory2(int memory) {
		synchronized(this) {
			this.memory = memory;
			try {
				Thread.sleep(2000);
			} catch(InterruptedException e) {}
			System.out.println(Thread.currentThread().getName() + ": " + this.memory);
		}
	}
}

package ch14.sec06.exam01;

public class User1Thread extends Thread {
	private Calculator calculator;

	public User1Thread() {
		setName("User1Thread");
	}

	public void setCalculator(Calculator calculator) {
		this.calculator = calculator;
	}

	@Override
	public void run() {
		calculator.setMemory1(100);
	}
}

package ch14.sec06.exam01;

public class User2Thread extends Thread {
	private Calculator calculator;

	public User2Thread() {
		setName("User2Thread");
	}

	public void setCalculator(Calculator calculator) {
		this.calculator = calculator;
	}

	@Override
	public void run() {
		calculator.setMemory2(50);
	}
}

package ch14.sec06.exam01;

public class SynchronizedExample {
	public static void main(String[] args) {
		Calculator calculator = new Calculator();

		User1Thread user1Thread = new User1Thread();
		user1Thread.setCalculator(calculator);
		user1Thread.start();

		User2Thread user2Thread = new User2Thread();
		user2Thread.setCalculator(calculator);
		user2Thread.start();
	}
}

실행 결과

User1Thread: 100
User2Thread: 50

wait()과 notify()를 이용한 스레드 제어

경우에 따라서는 두 개의 스레드를 교대로 번갈아 가며 실행할 때도 있다. 정확한 교대 작업이 필요할 경우, 자신의 작업이 끝나면 상대방 스레드를 일시 정지 상태에서 풀어주고 자신은 일시 정지 상태로 만들면 된다.

이 방법의 핵심은 공유 객체에 있다. 공유 객체는 두 스레드가 작업할 내용을 각각 동기화 메소드로 정해 놓는다. 한 스레드가 작업을 완료하면 notify() 메소드를 호출해서 일시 정지 상태에 있는 다른 스레드를 실행 대기 상태로 만들고, 자신은 두 번 작업을 하지 않도록 wait() 메소드를 호출하여 일시 정지 상태로 만든다.

package ch14.sec06.exam02;

public class WorkObject {
	public synchronized void methodA() {
		Thread thread = Thread.currentThread();
		System.out.println(thread.getName() + ": methodA 작업 실행");
		notify();
		try {
			wait();
		} catch (InterruptedException e) {
		}
	}

	public synchronized void methodB() {
		Thread thread = Thread.currentThread();
		System.out.println(thread.getName() + ": methodB 작업 실행");
		notify();
		try {
			wait();
		} catch (InterruptedException e) {
		}
	}
}

package ch14.sec06.exam02;

public class ThreadA extends Thread {
	private WorkObject workObject;

	public ThreadA(WorkObject workObject) {
		setName("ThreadA");
		this.workObject = workObject;
	}

	@Override
	public void run() {
		for (int i=0; i<10; i++) {
			workObject.methodA();
		}
	}
}

package ch14.sec06.exam02;

public class ThreadB extends Thread {
	private WorkObject workObject;

	public ThreadB(WorkObject workObject) {
		setName("ThreadB");
		this.workObject = workObject;
	}

	@Override
	public void run() {
		for (int i=0; i<10; i++) {
			workObject.methodB();
		}
	}
}

package ch14.sec06.exam02;

public class WaitNotifyExample {
	public static void main(String[] args) {
		WorkObject workObject = new WorkObject();

		ThreadA threadA = new ThreadA(workObject);
		ThreadB threadB = new ThreadB(workObject);

		threadA.start();
		threadB.start();
	}
}

실행 결과

ThreadA: methodA 작업 실행
ThreadB: methodB 작업 실행
ThreadA: methodA 작업 실행
ThreadB: methodB 작업 실행
...

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