자바 중급 문법 – 다중 스레드 프로그래밍 – 2 – 동시성 문제와 데드락

안녕하세요! 자바 중급 문법 시리즈 두 번째 글입니다. 이번에는 다중 스레드 프로그래밍에서 발생할 수 있는 동시성 문제와 데드락에 대해 알아보겠습니다. 동시성 문제와 데드락은 다중 스레드 프로그래밍에서 중요한 주제 중 하나이며, 이해하기 어려울 수 있지만, 함께 예시를 들어가며 비유적인 표현으로 설명해드리겠습니다.

동시성 문제와 데드락이란?

다중 스레드 프로그래밍에서 동시성 문제는 여러 스레드가 공유된 자원에 동시에 접근할 때 발생할 수 있는 문제를 의미합니다. 예를 들어, 한 스레드가 데이터를 변경하는 동안 다른 스레드가 같은 데이터를 읽는다면 예측할 수 없는 결과가 발생할 수 있습니다. 이러한 상황에서 동기화 문제가 발생하여 데이터의 일관성을 유지하기 어렵게 됩니다.

데드락은 동시성 문제 중에서 가장 치명적인 상황으로, 서로 다른 스레드가 서로의 작업이 끝나기를 기다리면서 무한히 대기하는 상태를 말합니다. 이는 자원의 잘못된 사용 또는 잘못된 스레드 동기화로 인해 발생할 수 있습니다.

동시성 문제의 예시 – 은행 계좌

예를 들어 은행 계좌를 관리하는 프로그램을 생각해봅시다. 각 계좌는 잔액(balance)을 가지고 있고, 입금(deposit)과 출금(withdraw) 기능을 제공합니다. 이때, 동시에 여러 스레드가 같은 계좌에 접근하면 어떻게 될까요?

한 스레드에서 입금 작업을 수행하고 있는 도중, 다른 스레드에서 출금 작업을 수행한다면 문제가 발생할 수 있습니다. 예를 들어, 스레드 A에서 잔액이 100,000원인 계좌에 50,000원을 입금하려고 할 때, 스레드 B에서 잔액이 100,000원인 계좌에서 30,000원을 출금하려고 한다면, 스레드 A가 입금 작업을 마치기 전에 스레드 B가 출금 작업을 수행하여 결과적으로 잘못된 잔액이 나올 수 있습니다.

이러한 동시성 문제를 해결하기 위해서는 동기화(synchronization)가 필요합니다. 자바에서는 synchronized 키워드를 사용하여 동기화를 구현할 수 있습니다. synchronized 키워드는 메서드 또는 블록에 적용할 수 있으며, 해당 영역의 실행을 한 번에 하나의 스레드만이 진입하도록 보장합니다. 이를 통해 임계 영역(critical section)에 대한 동기화를 할 수 있습니다.

데드락의 예시 – 식당의 젓가락

데드락을 이해하기 위해 식당에서 젓가락을 사용하는 상황을 생각해봅시다. 가정해보겠습니다. 식당에는 사람 A와 사람 B가 앉아 있고, 각각의 앞에 젓가락이 하나씩 놓여져 있습니다.

이때, 사람 A는 오른손에 젓가락을 들고, 사람 B는 왼손에 젓가락을 들고 음식을 먹으려고 합니다. 그런데, 사람 A는 왼손 젓가락이 필요하고, 사람 B는 오른손 젓가락이 필요합니다. 각각이 상대방의 젓가락을 기다리면서 젓가락을 놓지 않는다면, 두 사람은 영원히 기다리며 아무것도 먹을 수 없게 됩니다. 이 상황이 바로 데드락입니다.

이와 비슷한 상황이 자바에서도 발생할 수 있습니다. 예를 들어, 스레드 A가 자원 X를 확보한 상태에서 자원 Y를 필요로 하고, 스레드 B는 자원 Y를 확보한 상태에서 자원 X를 필요로 한다면, 두 스레드는 서로가 필요로 하는 자원을 가지고 있으므로 데드락이 발생합니다.

동시성 문제와 데드락 주의해야 할 점

동시성 문제와 데드락은 복잡한 문제이기 때문에 주의해야 할 점이 있습니다. 이를 쉽게 알아보기 위해 다음과 같이 정리해보겠습니다.

1. 동기화의 필요성: 동시에 여러 스레드가 공유 자원에 접근할 때, 동기화를 통해 데이터의 일관성과 안정성을 보장할 수 있습니다. 적절한 동기화 메커니즘을 사용하여 문제를 방지해야 합니다.

2. 데드락의 예방: 데드락은 상호배제, 점유대기, 비선점, 순환 대기라는 네 가지 조건이 동시에 충족될 때 발생합니다. 이를 해결하기 위해서는 교착 상태를 피하기 위한 알고리즘과 프로토콜을 적용해야 합니다.

3. 동기화의 성능 저하: 동기화는 스레드 간의 경합이 발생하므로 성능에 영향을 줄 수 있습니다. 과도한 동기화는 성능 저하를 초래할 수 있으므로 필요한 부분에만 동기화를 적용해야 합니다.

4. 교착 상태 분석: 데드락은 발생하기 쉽지만, 식별하기 어렵습니다. 프로그램에서 데드락이 발생하면 스레드 덤프(Thread Dump)를 통해 현재 스레드의 상태를 분석하고, 데드락의 원인을 파악해야 합니다.

동시성 문제와 데드락은 다중 스레드 프로그래밍에서 피할 수 없는 문제입니다. 하지만 적절한 동기화 메커니즘을 적용하고, 데드락을 예방하는 방법을 익힘으로써 안정적인 다중 스레드 프로그램을 개발할 수 있습니다.

이상으로, 자바 중급 문법 시리즈의 두 번째 글인 “다중 스레드 프로그래밍 – 2 – 동시성 문제와 데드락”을 마치겠습니다. 동시성 문제와 데드락에 대한 개념과 예시를 통해 이해하고, 주의해야 할 점에 대해 설명해드렸습니다. 앞으로 자바 공부를 하시는 분들에게 도움이 되었으면 좋겠습니다!

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감사합니다!