클린코드 13장

13장 동시성

 

* 동시성?

- 한 cpu안에서 동시에 여러 작업을 하는 것처럼 보이게 만드는 것처럼 보이게 만드는 것

 

 

1. 동시성이 필요한 이유

- 동시성은 결합을 없애는 전략이다. 즉, 무엇(what)과 언제(when)를 분리하는 전략

- 무엇과 언제를 분리하면 애플리케이션 구조와 효율이 극적으로 나아진다

- 구조적인 관점에서 프로그램은 거대한 루프 하나가 아니라 작은 협력 프로그램 여럿으로 보인다

 

2. 동시성에 대한 오해

- 동시성은 항상 성능을 높여준다 -> 동시성은 때로 성능을 높여준다

대기시간이 아주 길어 여러 스레드가 프로세서를 공유할 수 있거나, 여러 프로세서가 동시에 처리할 독립적인 계산이 충분히 많은 경우에만 성능이 높아진다

- 동시성을 구현해도 설계는 변하지 않는다 -> 단일 스레드 시스템과 다중 스레드 시스템은 설계가 판이하게 다르다

일반적으로 무엇과 언제를 분리하면 시스템 구조가 크게 달라진다

- 웹 또는 EJB 컨테이너를 사용하면 동시성을 이해할 필요가 없다 -> 실제로는 컨테이너가 어떻게 동작하는지, 어떻게 동시 수정, 데드락 등과 같은 문제를 피할 수 있는지 알아야만 한다

 

3. 동시성에 대한 타당한 생각

- 동시성은 다소 부하를 유발한다

- 동시성은 복잡하다

- 일반적으로 동시성 버그는 재현하기 어렵다

- 동시성을 구현하려면 흔히 근본적인 설꼐 전략을 재고해야 한다

 

4. 난관

ex)

public class X{
	private int lastIdUsed;
    
    public int getNextId(){
    	return ++lastIdUsed;
    }
}

인스턴스 X를 생성, lastUdUSed 필드를 42로 설정한 다음 두 스레드가 해당 인스턴스를 공유한다

두 스레드가 getNextId(); 를 호출한다고 가정했을때 결과는 셋 중 하나다

 

1) 한 스레드는 43을 받는다 다른 스레드는 44를 받는다 lastUsed는 44가 된다

2) 한 스레드는 44을 받는다 다른 스레드는 43를 받는다 lastUsed는 44가 된다

3) 한 스레드는 43을 받는다 다른 스레드는 43를 받는다 lastUsed는 43가 된다

-> 두 스레드가 같은 변수를 동시에 참조하면그중에 일부 경로가 잘못된 결과를 내놓는다

 

5 동시성 방어 원칙

- 단일 책임원칙(Single Responsibility Principle) : 메서드 클래스 컴포넌트를 변경할 이유가 하나여야 한다는 원칙이다

동시성은 복잡성 하나만으로도 따로 분리할 이유가 충분하다. 즉, 동시성과 관련 코드는 다른 코드와 분리해야 한다는 뜻

- 따름 정리 : 자료 범위를 제한하라 

공유 객체를 사용하는 코드 내 임계영역(critical section)을 synchronized 키워드로 보호하라

이런 임계영역의 수를 줄이는 기술이 중요하다 -> 자료를 캡슐화해서 공유자료를 최대한 줄여라

*임계영역 설명 : https://developsd.tistory.com/37

- 따름 정리 : 자료 사본을 사용하라

공유 자료를 줄이려면 처음부터 공유하지 않는 방법이 제일 좋음

개체를 복사해 읽기 전용으로 사용하거나 각 스레드가 객체를 복사해 사용한 후 한 스레드가 해당 사본에서 결과를 가져오는 방법도 가능

- 따름 정리 : 스레드는 가능한 독립적으로 구현하라

자신만의 세상에 존재하는 스레드를 구현한다. 즉 다른 스레드와 자료를 공유하지 않는다 

각 스레드는 클라이언트 요청 하나를 처리한다 모든 정보는 비공유 출처에서 가져오며 로컬 변수에 저장한다

 

6. 라이브러리를 이해하라

언어가 제공하는 클래스를 검토하라. 자바에서는

java.util.concurrent
java.util.concurrent.atomic
java.util.concurrent.locks

를 익혀라

 

7. 실행 모델을 이해하라

<기본용어>

- 한정된 자원 (Bound Resource) : 다중 스레드 환경에서 사용하는 자원. 크기나 숫자가 제한적이다.

ex) 데이터베이스 연결, 길이가 일정한 읽기/쓰기 버퍼

- 상호 배제 (Mutual Exclusion) : 한 번에 한 스레드만 공유. 자료나 공유 자원을 사용할 수 있는 경우를 가리킨다.

- 기아 (Starvation) : 스레드가 오래, 혹은 영원히 자원을 기다린다.

ex) 항상 짧은 스레드에게 우선순위를 준다면, 긴 스레드가 기아 상태에 빠진다.

- 데드락 (Deadlock) : 여러 스레드가 서로 끝나기를 기다린다. 모든 스레드가 각기 필요한 자원을 다른 스레드가 점유해 어느쪽도 진행하지 못한다.

- 라이브락 (Livelock) : 락을 거는 단계에서 각 스레드가 서로를 방해한다. 스레드는 계속해서 진행하려 하지만 공명으로 인해 오래 혹은 영원히 진행하지 못한다.

<다중스레드 프로그래밍에서 사용하는 실행 모델>

- 생산자-소비자

- 읽기-쓰기

- 식사하는 철학자들

-> 책에 각각 설명된 내용들 이해하기 

 

8. 동기화하는 메서드 사이에 존재하는 의존성을 이해하라

- 공유객체 하나에는 메서드 하나만 사용하라

- 공유객체 하나에 여러 메서드가 필요한 상황에는 

 1 ) 클라이언트에서 잠금

 2) 서버에서 자금

 3) 연결서버 

를 고려한다

 

9. 동기화하는 부분을 작게 만들어라

- 자바에서 synchronized 키워드를 사용하면 락을 설정한다

같은 락으로 감싼 모든 코드 영역은 한 번에 한 스레드만 실행이 가능하다

락은 스레드를 지연시키고 부하를 가중시키므로 남발하는 코드는 바람직하지 않다

 

반면, 임계영역은 반드시 보호해야한다

따라서 코드를 짤 때는 임계영역 수를 최대한 줄여야 한다

 

10. 올바른 종료 코드는 구현하기 어렵다 

- 종료 코드를 개발 초기부터 고민하고 동작하게 초기부터 구현하라

생각보다 어려우므로 이미 나온 알고리즘을 검토하라

 

11. 스레드 코드 테스트하기

- 문제를 노출하는 테스트 케이스를 작성하고, 프로그램 설정과 시스템 설정과 부하를 바꿔가며 자주 돌려라

- 말이 안되는 실패는 잠정적인 스레드 문제로 취급하라(시스템 실패를 '일회성'이라 치부하지 마라)

-다중 스레드를 고려하지 않은 순차 코드부터 제대로 돌게 만들자

 (스레드 환경 밖에서 생기는 버그와 스레드 환경에서 생기는 버그를 동시에 디버깅하지 마라.

  먼저 스레드 환경 밖에서 코드를 올바로 돌려라)

- 다중 스레드를 쓰느 코드 부분을 다양한 환경에 쉽게 끼워 넣을 수 있게 스레드 코드를 구현하라

- 다중 스레드를 쓰는 코드 부분을 상황에 맞게 조율할 수 있게 작성하라

- 프로세서 수보다 많은 스레드를 돌려보라

- 다른 플랫폼에서 돌려보라

- 코드에 보조코드를 넣어 돌려라. 강제로 실패를 일으키게 해보라

방법 1. 직접구현 :  코드에 직접 wait(), sleep(), yield(), priority() 함수를 추가

ex)

public synchronized String nextUrlOrNull(){
	if(hasNext()){
    	String url = urlGenerator.next();
        Thread.yield();//테스트를 위해 추가
        updateHasNext();
        return url;
    }
    return null;
}

- yield()를 쓰면 코드가 실행되는 경로가 바뀐다

코드가 실패하면 yield()를 추가해서가 아니라 원래 잘못된 코드인데 증거가 드러났을 뿐이다

 

방법2. 자동화 - ThreadJigglePoing.jiggle() 호출은 무작위로 sleep이나 yield를 호출한다.

 

 

(따름정리 corollary:  이전에 선언된 진술에서 도출되는 또다른 진술이다. 수학에서 보통 따름정리는 정리의 뒤에 선언된다.)