4. JAVA에서의 동기화

1. 모니터

java

public class BoundedBuffer<E>
{
    private static final int BUFFER_SIZE = 5;

    private int count, in, out;
    private E[] buffer;

    public BoundedBuffer() {
        count = 0;
        in = 0;
        out = 0;
        buffer = (E[]) new Object[BUFFER_SIZE];
    }

    // 생산자 전용
    public synchronized void insert() {
        while (count == BUFFER_SIZE) {
            try {
                wait();
            }
            catch (InterruptedException ie) {}
        }
        buffer[in] = item;
        in = (in + 1) % BUFFER_SIZE;
        count++;
        notify();
    }

    // 소비자 전용
    public synchronized E remove() {
        E item;
        
        while (count == 0) {
            try {
                wait();
            }
            catch (InterruptedException ie) { }
        }
        item = buffer[out];
        out = (out + 1) % BUFFER_SIZE;
        count--;
        notify();
        return item;
    }
}

자바의 BoundedBuffer 클래스로 모니터를 구현.

자바의 메소드가 synchronized로 선언된 경우, 메소드를 호출하려면 반드시 그 객체와 연동된 락을 획득해야 한다.
이미 다른 쓰레드가 락을 가지고 있다면, 메소드를 호출하려던 쓰레드는 봉쇄 후 진입 집합에 추가됨.
어떠한 쓰레드의 락이 해제되면, JVM이 진입 집합에서 다른 쓰레드를 찾아냄. (대부분의 경우는 FIFO로 작동.)

락을 거는 것 외에도 모든 객체는 대기 집합과 연결됨.

예를 들어, 생산자가 insert()를 호출했는데 버퍼가 가득찬 경우, 쓰레드는 락을 해제하고 계속할 수 있는 조건이 충족될 때까지 기다림.

쓰레드가 wait() 메소드를 호출하면..

쓰레드가 객체의 락을 해제
쓰레드 상태가 봉쇄됨으로 변경
쓰레드는 그 객체의 대기 집합에 넣어짐.

소비자가 생산자에게 진행할 수 있음을 알리는 방법 : notify()

notify()는 다음과 같이 작동한다.

대기 집합의 쓰레드 리스트에서 임의의 쓰레드 T를 선택한다.
쓰레드 T를 대기 집합에서 진입 집합으로 이동
T의 상태를 봉쇄됨에서 실행 가능으로 설정

T는 인제 다른 쓰레드와 락 경쟁을 할 수 있다.

T가 락 제어를 다시 획득하면 wait() 호출에서 복귀 후 count값을 재확인 가능.

2. 재진입 락

java

public class practice2 {
    Lock key = new ReentrantLock();
    
    key.lock();
    try {
        // 임계구역
    }
    finally {
        key.unlock();
    }
}

ReentrantLock : Synchronized 제어자처럼 작동

단일 쓰레드가 소유, 상호 배타적 액세스 제공
오래 기다린 쓰레드에 락을 줄 수 있는 설정도 있음. (= 공정성 매개변수)

ReentrantLock의 작동방식

lock() 메소드를 이용해 락을 획득
unlock() 메소드를 이용해 락을 회수 → finally를 이용해 try가 어떻게 끝나든 락을 잘 회수할 수 있게 유도.
여러 쓰레드가 공유 데이터를 읽기만 하고 쓰지 않을 때는 너무 보수적인 전략일 수 있다.

3. 세마포어

java

import java.util.concurrent.Semaphore;

public class practice3 {
    Semaphore sem = new Semaphore(1); // 초기값 지정

    try {
        sem.acquire(); // 인터럽트되면, ie 발생
        // 임계구역
    } 
    catch (InterruptedException ie) { }
    finally {
        sem.release();
    }
}

4. 조건변수

java

import java.util.concurrent.locks.Lock;
import java.util.concurrent.locks.ReentrantLock;

public class practice4 {
    Lock key = new ReentrantLock();
    condition condVar = key.newCondition(); // 조건변수 생성

    public void doWork(int threadNumber) {
        lock.lock();
        try {
            if (threadNumber != turn)
                condVars[threadNumber].await(); // wait() 구현

            //
            //
            turn = (turn + 1) % 5;
            condVars[turn].signal(); // signal() 구현
        } 
        catch (Exception e) { }
        finally {
            lock.unlock();
        }
    }
}