Item78. 공유 중인 가변 데이터는 동기화해 사용하라

synchronzied 키워드는 해당 method나 block을 한번에 한 thread만 수행하도록 보장한다.

동기화를 사용하면 일관된 상태의 객체에 접근하는 method는 그 객체에 lock을 건다.
lock을 건 method는 객체의 상태를 확인하고 필요하면 수정한다. 즉 객체를 하나의 일관된 상태에서 다른 일관된 상태로 변화시킨다.

동기화에는 중요한 기능이 하나 더 있는데, 동기화 없이는 한 thread가 만든 변화를 다른 thread에서 확인하지 못할 수도 있다는 점이다.
Java는 long 과 double외에 primitive 타입 변수는 원자적(atomic)인데, 이는 여러 thread가 같은 변수를 동기화 없이 수정하는 중이라도, 항상 어떤 thread가 정상적으로 저장한 값을 온전히 읽어옴을 보장한다는 뜻이다.

하지만 주의할점이 있다. 데이터 타입이 원자적이라고 하더라도, 자바 언어 명세는 thread가 field를 읽을 때 항상 수정이 완전히 반영된 값을 얻는다고 보장하지만 한 thread가 수정한 값이 다른 thread에게 언제 보이는가는 보장되지 않는다고 한다.

따라서 동기화는 thread간에 배타적인 실행에서 중요할 뿐 아니라, thread간에 안정적인 통신에도 중요하다고 한다.

예를 들어봐서 thread간에 공유중인 가변 데이터를 원자적으로 쓸 수 있다고 하더라도, 동기화를 하지 않으면 다른 thread는 수정이 되기 전의 상태값을 볼수도 있다.

public class StopThread {

    public static boolean stopRequested; // 공유 가변 데이터 

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        Thread backgroundThread = new Thread(() -> {
            int i = 0;
            while (!stopRequested) {
                i++;
            }
        });

        backgroundThread.start(); 
        TimeUnit.SECONDS.sleep(1); // main thread 1초간 sleep
        stopRequested=true; // 공유 가변 데이터의 상태를 바꾼다. 
    }
}

위 코드를 보면 main thread가 공유 가변 데이터의 상태를 원자적으로 바꾸면 , backgroundThread도 이 변경된 데이터 상태를 보고 종료될 것 같지만 종료되지 않고 계속해서 실행된다.

그 이유는 동기화 떄문인데, 아까 정리한 것처럼 값을 원자적으로 써서, 수정이 완전히 반영된 값을 얻는다고 보장은 하지만 다른 thread가 그 상태를 언제 보게 될지는 모르기 떄문이다.

위 코드는 JVM 가성머신이 다음과 같이 최적화를 수행할 수도 있기 떄문이다.

//원래 코드
while(!stopRequested){
    i++;
}

// JVM에 의해 최적화된 코드
while(!stopRequested){
    while(true){
        i++;
    }
}

위 최적화 기법은 openJDK 서버 VM이 실제로 적용하는 hoisting 기법이다.

따라서 다음과 같이 바꾸면 기대한대로 1초 후에 종료된다.