Week 6

Week 6
: 부족한 CS

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✍️ 6월 둘째 주 멘토링을 마무리했다.
이번 주는 자바의 신을 최대한 많이 읽어보는 것이 목표였는데, 가족 여행이랑 일정이 겹쳐서 최대한 여행지에서 공부했지만 시간이 부족했던 한 주였다. 
그리고 스레드 챕터가 기본적으로 CS 지식과 운영체제에 대한 이해가 있어야 빠르게 이해 할 수 있는 영역이라 여러 가지를 한 번에 공부하려고 하다보니 해당 챕터에서 많은 시간이 소요 됐다.
근데 정작 공부한 내용들이 다 내 것이 되었나? 되돌아보면 또 그렇지 않은 것 같다.

그래도 오늘 멘토링 내용을 잊지 않도록 정리해보자!

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1. Synchronized

멀티 스레드 환경에서 해당 제어자가 선언된 메소드나 블록에 접근 시 발생 할 수 있는 동시성 문제를 해결 할 수 있다.
즉, 스레드 간 동기화를 지원하며 여러 스레드가 접근해야하는 자원에 대해 하나의 스레드만 접근 할 수 있도록 한다.
Synchronized 제어자는 메소드에 직접 선언하는 방법과 메소드 내에 Synchronized Block을 통해 사용 가능하다.

Synchronized 제어자를 메소드에 직접 선언하는 방법을 사용 할 경우 성능을 저하 시킬 수 있다.
여러 스레드에서 동기화 된 메소드에 접근한다고 가정 했을 때, 해당 메소드 내에 굳이 동기화 할 필요가 없는 변수를 대기하고 있는 여러 스레드에서도 접근을 해야 하는데, Lock 상태의 스레드가 해당 메소드에 계속 접근하고 있다면 해당 스레드가 종료될 때 까지 뒤에 스레드들이 대기해야 하기 때문이다. 때문에 Synchroinzed 제어자를 메소드에 직접 선언하는 방식은 많은 고민 끝에 결정해야 한다.

이 같은 이유로 이전에 배운 Vector, HashTable 클래스는 잘 사용하지 않는다.

 

2. volatile

Syncrhronized 제어자와 같이 스레드 동기화를 위한 제어자.
volatile 제어자는 변수에 직접적으로 선언한다.
본래 멀티 스레드 환경에서는 접근하고자 하는 자원 정보를 CPU 캐시에서 가지고 오는데, 해당 제어자를 변수에 선언하면
volatile 제어자가 선언된 변수의 정보를 CPU 캐시가 아닌 메인 메모리에서 원본 데이터를 가지고 온다.
기본 자료형에는 선언 할 수 없고, 참조 자료형에만 선언 가능하다.

[Java] Multi Thread환경에서 동시성 제어를 하는 방법

 

3. Atomic Type

Synchronized 제어자나 volatile 제어자 처럼 여러 스레드가 자원에 동시에 접근 했을 때, 데이터의 가시성을 확보하기 위한 방법 중 하나이다. CAS 알고리즘을 이용해서 구현되어 있으며, 이 CAS 알고리즘은 Compare And Swape(혹은 Set) 알고리즘으로 해당 자원의 기존의 값과 새로 할당된 값이 같다면 새로운 값으로 교체하고 같지 않다면 교체하지 않는 알고리즘이다.

AtomicBoolean, AtomicInteger, AtomicLong, AtomicReference 클래스가 존재한다.

다만 아직 헷갈리는 점은 멘토링 시간에 CAS 알고리즘은 Java 언어로는 정확히 구현되지 않고 Native Language로 구현되어 있어 JNI를 통해 수행된다는 걸 얼핏 들었던 것 같은데, 어떤 검색어로 찾아봐야 하는지 모르겠다.
조금 더 알아보자.
(sun.misc.Unsafe 클래스에 정의되어 있는 compareAndSwap..() 메소드에 native 제어자가 선언되어 있다.)

public final native boolean compareAndSwapObject(Object o, long offset,
                                                     Object expected,
                                                     Object x);

 

4. CAS(Compare And Swape / Set) Algorithm

> CAS 알고리즘은 어떻게 동시성을 보장 받을 수 있을까?
멀티 스레드 / 프로세스 환경에서 CPU는 접근하고자 하는 변수에 대한 데이터를 메인 메모리가 아닌 캐시 메모리에서 참조하는데, 이 때 캐시 메모리에 저장된 변수 데이터와 메인 메모리에 저장된 변수 데이터가 서로 다른 값을 가지는 경우를 가시성 문제라고 하며, 이를 해결 하기 위해서 스레드 / 프로세스가 캐시 메모리에서 참조한 변수 데이터 값과 메인 메모리의 원본 데이터 값을 비교하여 두 값이 일치하다면 새로운 값으로 교체를 진행하고, 일치하지 않는다면 재시도하는 방식으로 이러한 가시성 문제를 해결 할 수 있도록 한다.

Java의 Atomic Type 클래스 내부에 정의된 compareAndSet() 메소드를 호출하는 get..() 메소드를 확인하면 compareAndSet() 메소드를 while 반복문으로 감싸고 있는 것을 확인 할 수 있다.

 

5. Thread, Demon Thread

일반적인 스레드와 데몬 스레드의 차이는 데몬 스레드의 경우 일반 스레드에 종속적인 관계이기 때문에 일반 스레드가 종료되면 해당 일반 스레드에 속한 데몬 스레드도 함께 종료된다. 
즉, 데몬 스레드는 자신이 속한 일반 스레드를 보조하는 역할로 사용되며 대표적인 예로는 GC가 있다.
이를 응용한 서비스(?)들은 음악 스트리밍 서비스, 검색어 자동 완성, 게시글 임시 저장이 있겠다.
해당 서비스들의 공통점은 메인으로 수행되어야 할 것들을 보조하는 서비스라는 점이다.

완전히 와닿지는 않지만 어느정도 그림이 그려지는 것 같다.

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추가적으로 공부할 내용들

💥 Thread Local > MDC Filter, CountDown Match > 동시성 지원 클래스(Concurrent)

💥 Stream, Buffer, Block

💥 Blocking, Non-Blocking / Sync, Async

💥 Race Condition (병목 현상)

[운영체제] Race Condition과 예방할 방법(세마포어, 뮤텍스)

💥 OS > Sytem Call, Kernel, Shell (운영체제 개념 잡기)

💥 기본적인 메모리 구조와 캐시 메모리, 페이징 알고리즘 다시 톺아보기

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💭 이번에 공부한 내용들은 전반적으로 운영체제 개념에서 나오는 내용들에 대한 이해가 필요한 부분들이 많아서 이해하는데 애를 먹었다. 그리고 기초적인 운영체제 개념이 없어서 지금 당장은 기억하고 있다고 하더라도 내게 와닿지 않고, 운영체제에 대해 공부하지 않는다면 금방 머릿속에서 휘발될 것 같다. (메인 메모리처럼..^^.. 걔는 똑똑하기라도 하지..)
당장 본격적으로 하기에는 시간이 부족하지만 틈틈히 운영체제에 대해서 공부를 해야겠다. 아무래도 컴퓨팅에 대한 기본이니까 말이다.