Item81. wait와 notify보다는 동시성 유틸리티를 애용하라

[Mingadinga]

동기화 장치

동기화 장치란

• 스레드가 다른 스레드를 기다릴 수 있게 하여, 서로 작업을 조율할 수 있게 해줌
• 자주 사용 : CountDownLatch, Semaphore
• 가장 강력 : Phaser

CountdownLatch

CountdownLatch

• 일회성 장벽
• 하나 이상의 스레드가 다른 스레드 작업이 끝날 때까지 기다리게 한다
• 정해진 횟수만큼 countDown()이 호출되면 대기 중인 스레드들을 깨운다

예제 : 동시성을 필요로 하는 프레임워크 구축

• 어떤 동작을 동시에 시작해 모두 완료하기까지의 시간을 잰다
• 유일한 메소드의 매개변수 : 동작을 실행할 실행자, 동작을 몇개나 동시에 수행할 수 있는지를 뜻하는 동시성 수준(concurrency)

시나리오

• 모든 작업자 스레드는 동작을 수행할 준비를 한다
• 작업자 스레드가 준비를 마치면 타이머 스레드가 시작 방아쇠를 당겨 작업자 스레드들이 일을 시작한다.
• 마지막 작업자 스레드가 동작을 마치자마자 타이머 스레드는 시계를 멈춘다.

package effectivejava.chapter11.item81;
import java.util.concurrent.*;

// Simple framework for timing concurrent execution 327
public class ConcurrentTimer {
    private ConcurrentTimer() { } // Noninstantiable

    public static long time(Executor executor, int concurrency,
                            Runnable action) throws InterruptedException {
        CountDownLatch ready = new CountDownLatch(concurrency);
        CountDownLatch start = new CountDownLatch(1);
        CountDownLatch done  = new CountDownLatch(concurrency);

        for (int i = 0; i < concurrency; i++) {
            executor.execute(() -> {
                ready.countDown(); // Tell timer we're ready
                try {
                    start.await(); // Wait till peers are ready
                    action.run();
                } catch (InterruptedException e) {
                    Thread.currentThread().interrupt();
                } finally {
                    done.countDown();  // Tell timer we're done
                }
            });
        }

        ready.await();     // Wait for all workers to be ready
        long startNanos = System.nanoTime();
        start.countDown(); // And they're off!
        done.await();      // Wait for all workers to finish
        return System.nanoTime() - startNanos;
    }
}

• 준비 : 각 스레드에서 ready.countDown 호출, start.await에서 걸려 start가 깨어나기를 기다림
• 실행 : 마지막 스레드가 ready.countDown 호출하면 타이머 스레드가 시간 재기를 시작하고 start.countDown를 호출해서 기다리던 스레드를 깨운다.
• 종료 : 타이머 스레드는 세번째 래치 done이 열리기를 기다리다 done.countDown가 호출되면 열린다. 타이머 스레드는 done 래치가 열리자마자 깨어나 종료 시간을 기록한다.

추가적인 사항

• 이때 동시성 수준 (concurrency)만큼의 스레드를 생성하지 않는다면, 스레드 기아 교착 상태가 발생한다.
• 시간 간격을 잴 때는 더 정밀하고 시간 보정에 영향을 받지 않는 System.nanoTime()을 사용하는 편이 좋다.

wait와 notify 사용 시 주의사항

레거시 코드라면 어쩔 수 없이 wait와 notify를 다뤄야한다. 새로 작성하는 코드라면 concurrent 패키지의 요소들을 사용하는 것이 좋다.

wait의 표준 사용법

• wait : 스레드가 어떤 조건이 충족되기를 기다린다.
• 동기화 영역 안에서 호출해야한다.
• while문과 함께 사용해 악의적인 notify()에 의해 스레드가 깨어나는 것을 방지한다.

synchronized (obj) {
	while(<조건이 충족되지 않았다>) obj.wait();
	// 조건이 충족됐을 때의 동작 수행
}

더 안전하게 사용하기

• 대기 전에 조건을 검사해 충족되었다면 wait를 건너뛴다. 조건이 충족되었는데 스레드가 notify를 먼저 호출해서 대기 상태에 빠지면, 그 스레드를 다시 깨울 수 있다는 보장이 없다.
• 대기 후에 조건을 검사해 조건이 충족되지 않았다면, 다시 대기하게 한다. 조건이 충족되지 않았는데 스레드가 동작을 이어가면 락이 보호하는 불변식을 깨뜨릴 위험이 있다.

조건이 만족되지 않아도 스레드가 깨어날 수 있는 상황

• 다른 스레드가 실수로 혹은 악의적으로 notify를 호출
• notify로 스레드가 깨어나는 사이에 다른 스레드가 락을 얻어 그 락이 보호하는 상태 변경
• 깨우는 스레드가 지나치게 관대해서, 대기 중인 스레드 중 일부만 조건이 충족되어도 notifyAll로 모든 스레드를 깨울 수도 있다
• 대기 중인 스레드가 드물게 notify 없이도 깨어나는 경우가 있다. 허위 각성이라고 부른다.

notify vs notifyAll

둘의 차이

• notify : 특정 스레드를 깨움
• notifyAll : 대기 중인 모든 스레드를 깨움

notifyAll를 사용하는 것이 좋다

• 모든 스레드가 깨어나니 항상 정확한 결과를 얻을 것이다.
• 관련 없는 스레드가 실수로 혹은 악의적으로 wait를 호출하는 공격으로부터 보호할 수 있다.
• notify를 사용하면 스레드가 wait 공격을 받아 응답 불가 상태에 빠질 수도 있다.

notify 최적화

• 모든 스레드가 같은 조건을 기다리고
• 조건이 한번 충족될 때마다 단 하나의 스레드만 혜택을 받음