Java 동시성 이슈와 쓰레드 로컬 (ThreadLocal)
Java의 동시성 이슈
동시성 이슈 (Concurrency issues)는 다중 쓰레드 환경에서 발생하는 문제로, 여러 쓰레드가 공유된 자원에 동시에 접근할 때 예기치 않은 결과가 발생할 수 있다. 동시성 이슈는 아래 상황에서 발생할 수 있다.
- 경쟁 조건 (Race Condition)
- 여러 쓰레드가 동시에 공유된 자원에 접근하여 서로의 실행 결과에 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 두 쓰레드가 동시에 같은 변수를 증가시킨다면, 결과적으로 변수의 값이 올바르게 증가하지 않을 수 있다.
- 교착 상태 (Deadlock)
- 두 개 이상의 쓰레드가 서로가 소유한 자원을 기다리며 무한히 대기하는 상태를 의미한다. 각 쓰레드는 다른 쓰레드가 보유한 자원을 요청하면서 상호간에 락 (Lock)을 획득하고, 두 쓰레드가 서로의 락을 해제하기를 기다리는 상황에서 발생할 수 있다.
- 쓰레드 안전성 문제 (Thread Safety)
- 여러 쓰레드가 동시에 객체나 데이터 구조에 접근할 때, 쓰레드 간의 상태 변경이 원자적으로 이루어지지 않으면 예상치 못한 결과가 발생할 수 있다.
다음은 동시성 이슈가 발생하는 상황을 보여주는 간단한 예제이다. 아래 코드는 여러 쓰레드가 공유 변수를 증가시키는 에제이다.
public class ConcurrencyExample {
private static int counter = 0; // 공유 변수
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread t1 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
counter++;
}
});
Thread t2 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
counter++;
}
});
t1.start();
t2.start();
t1.join();
t2.join();
System.out.println("Counter: " + counter);
}
}
위 예제에서 counter 변수를 두 개의 쓰레드가 동시에 증가시키고 있다.
그러나 이 예제는 동시성 이슈를 가지고 있다. 실행할 때마다 결과가 달라질 수 있으며, 예상한 결과가 나오지 않을 수 있다.
이는 두 개의 쓰레드가 동시에 counter 변수에 접근하여 값의 증가를 처리하기 때문에 발생하는 문제이다.
이러한 동시성 문제를 해결하기 위해 Spring 프레임워크에서는 다양한 동기화 메커니즘과 도구를 제공한다.
이번 글에서는 그 중 하나인 쓰레드 로컬에 대해 설명한다.
쓰레드 로컬 (ThreadLocal)
쓰레드 로컬은 각 쓰레드가 독립적으로 값을 유지하도록 도와주는 클래스이다. 각 쓰레드는 자신만의 쓰레드 로컬 변수를 가질 수 있으며, 해당 변수는 다른 쓰레드에게 영향을 주지 않는다.
즉 쓰레드 로컬은 각 쓰레드 간에 공유되지 않고 독립적으로 저장되는 변수이기 때문에, 쓰레드 간 동시성 이슈를 해결할 수 있다.
다음은 쓰레드 로컬을 사용하여 위 counter 예제의 동시성 이슈를 해결하는 예제이다.
public class ThreadLocalExample {
private static ThreadLocal<Integer> counter = ThreadLocal.withInitial(() -> 0);
public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
Thread t1 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
counter.set(counter.get() + 1);
}
});
Thread t2 = new Thread(() -> {
for (int i = 0; i < 1000; i++) {
counter.set(counter.get() + 1);
}
});
t1.start();
t2.start();
t1.join();
t2.join();
System.out.println("Counter: " + counter.get());
}
}
위 예제에서는 counter 변수를 ThreadLocal<Integer> 객체로 선언하고, withInitial() 메서드를 호출하여 초기값을 설정한다. 각 쓰레드에서 counter 값을 읽고 증가시킬 때에는 get() 메서드와 set() 메서드를 사용한다.
이렇게 하면 각 쓰레드는 자신만의 독립적인 counter 값을 유지하게 된다. 따라서 쓰레드 간의 동시성 문제는 발생하지 않는다. 예제를 실행해보면 예상한 결과인 2000이 항상 나오는 것을 확인할 수 있다.
쓰레드 로컬은 주로 쓰레드 로컬 컨텍스트에서 데이터를 공유해야 하는 상황에서 유용하다. 예를 들어, 웹 애플리케이션에서 각 요청마다 사용자 세션 정보를 쓰레드 로컬로 저장하여 여러 컴포넌트에서 쉽게 접근할 수 있도록 할 수 있다.
쓰레드 로컬을 사용할 때는 주의해야 할 점도 물론 있다. 쓰레드 로컬은 각 쓰레드마다 독립적인 값을 유지하기 때문에, 메모리 누수 (memory leak)에 주의해야 한다. 사용이 끝난 후에는 remove() 메서드를 호출하여 명시적으로 값을 제거해줘야 한다. 또한, 쓰레드 로컬 변수를 정적 (static)으로 선언하면 해당 변수가 모든 쓰레드에게 공유되므로 주의해야 한다.
