스레드 안전성의 필요성

객체가 스레드에 안전해야 하는지는 해당 객체에 여러 스레드가 접근하는지에 따라 다르다.

스레드가 하나 이상의 상태 변수에 접근하고 그 중 하나라도 변수에 값을 쓰면, 스레드를 안전하게 만들기 위해 변수에 접근할 때 모든 스레드가 동기화를 통해 조율해야 한다.

• 객체의 상태는 인스턴스나 static 변수 같은 상태 변수에 저장된 객체의 데이터이다. 객체의 상태는 다른 객체의 필드에 대한 의존성이 포함될 수도 있다.
  • [예시] HashMap 의 상태는 의존하는 Map.Entry 객체 내에 존재한다.
• 자바에서 동기화를 위한 수단은 sychronized, volatile 변수, 명시적 락, atomic 변수가 있다.

스레드 안전성을 갖추기

• 여러 스레드가 변경할 수 있는 하나의 상태 변수를 동기화 없이 접근하면 그 프로그램은 잘못된 것이다. 이렇게 잘못된 프로그램을 고치는 데는 3가지 방법이 있다.

  • 해당 상태 변수를 스레드 간에 공유하지 않거나

  • 해당 상태 변수를 변경할 수 없도록 만들거나
  • 해당 상태 변수에 접근할 때 언제나 동기화를 사용한다.

• 스레드 안전한 클래 클래스를 설계할 땐 바람직한 객체 지향 기법이 좋다. 캡슐화와 불변 객체를 잘 활용하고, 불변 조건을 명확하게 기술해야 한다.

  • 실제 요구사항과 객체 지향 설계 기법이 배치되는 경우, 성능이나 기존 코드와의 호환성 때문에 바람직한 설계 원칙을 양보할 수 밖에 없다.
  • 성능과 추상화/캡슐화 기법이 배치되는 경우, 코드를 올바르게 작성하는 일이 먼저이다.

2.1 스레드 안전성이란?

여러 스레드가 클래스에 접근할 때 계속 정확하게 동작하면 해당 클래스는 스레드 안전하다.

• 여러 스레드가 클래스에 접근할 때, 실행 환경이 해당 스레드들의 실행을 어떻게 스케줄하든 어디에 끼워 넣든, 호출하는 쪽에서 추가적인 동기화나 다른 조율 없이도 정확하게 동작하면 클래스는 스레드 안전하다.

  • 정확성 (correctness)

    • 정확성은 클래스가 해당 클래스의 명세에 부합한다는 뜻으로, 잘 작성된 클래스 명세는 아래의 조건을 정의한다.

      • 객체 상태를 제약하는 불변조건 (invariants)

      • 연산 수행 후 효과를 기술하는 후조건 (postcondition)

  • 코드 신뢰도 (code confidence)
    • 코드가 동작한다고 확신하기만 하면 클래스에 대한 명세를 충분히 작성하지 않아도 활용 가능하다.
      • 클래스 명세의 관점에서 코드 신뢰도는 정확성과 대략 일치한다.

  → 정확하게 동작한다는 건 클래스가 정확성 또는 코드 신뢰도를 갖춰 클래스 명세를 활용 가능하다는 뜻이다.

2.1.1 예제: 상태 없는 서블릿

스레드 안전성이 필요한 경우는 직접 스레드를 생성하는 경우보다 서블릿 프레임워크 같은 수단을 사용하기 때문인 경우가 꽤 많다.

• 스레드 안전한 서블릿 기반 서비스 StatelessFactorizer

  @ThreadSafe
  public class StatelessFactorizer implements Servlet {
      public void service(ServletRequest req, ServletResponse resp) {
          BigInteger i = extractFromRequest(req);
          BigInteger[] factors = factor(i);
          encodeIntoResponse(resp, factors);
          
      }
  }
  

  StatelessFactorizer 는 상태가 없는 서블릿 객체로, 상태 없는 객체에 접근하는 스레드가 어떤 일을 하든 다른 스레드가 수행하는 동작의 정확성에 영향을 끼칠 수 없기 때문에 상태없는 객체는 항상 스레드 안전하다.