[Java] 멀티스레드 환경에서의 경쟁 상태와 해결 전략 정리

🚀 경쟁 상태

[OS] 멀티스레드에서 경쟁 상태 해결: 상호 배제 (뮤텍스와 세마포어)

 

이전 글에서는

운영 체제 관점에서 경쟁 상태의 정의 그를 해결하기 위한 상호 배제에 대해 알아봤습니다.

 

이번 글에서는

멀티스레드를 지원하는 Java에서 경쟁 상태가 발생하는 경우 해결 전략을 알아보겠습니다.

 

이전 글에서 경쟁 상태에 대해 자세히 다루었는데 간단하게 정리하자면

경쟁 상태(Race Condition)란, 둘 이상의 스레드가 동시에 같은 자원에 접근하고 수정하려고 할 때

멀티스레드 환경에서 공유 자원을 제대로 동기화되지 않아, 예측 불가능한 결과나 데이터 불일치가 발생하는 문제입니다.

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📌 synchronized 키워드

Java에서 가장 기본적인 동기화 수단입니다. 특정 메서드나 블록에 synchronized를 지정하면 한 번에 하나의 스레드만 해당 코드에 진입할 수 있게 됩니다.

 

public synchronized void increment() {
    counter++;
}

 

• ✅ 장점
  • 사용이 간단하고 직관적입니다.
  • 메서드 전체 혹은 특정 블록에 적용할 수 있습니다.
• ⚠️ 주의
  • 세밀한 제어는 어렵습니다.

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📌 Lock 인터페이스

java.util.concurrent.locks.Lock은 synchronized보다 더 정교한 동기화 제어를 가능하게 해줍니다.

주요 구현체로 ReentrantLock이 있습니다.

lock.lock();
try {
    // 작업 수행
} finally {
    lock.unlock();
}

 

• 공정성 설정, 타임아웃 대기, 조건 변수(Condition) 등을 설정할 수 있습니다.
• finally 블록에서 반드시 unlock()을 호출해 락을 풀어야 합니다.

📌 Atomic 클래스 사용

AtomicInteger, AtomicLong 등은 내부적으로 CAS(Compare-And-Swap) 기법을 사용하여

락 없이도 스레드 안전한, 원자적 연산이 가능하게 해줍니다.

AtomicInteger counter = new AtomicInteger();
counter.incrementAndGet();

 

• ✅ 장점
  • 비동기 환경에서도 안전하게 값을 수정할 수 있습니다.
  • 락을 사용하지 않아 간단한 연산에서 속도가 매우 빠릅니다.
• ⚠️ 주의
  • 복잡한 연산에는 적절하지 않습니다.

📌 Concurrent 컬렉션 활용

ConcurrentHashMap, CopyOnWriteArrayList 등은 멀티스레드 환경에서 안전하게 동작하도록 설계된 컬렉션입니다.

직접 동기화 코드를 작성하지 않아도 되기 때문에 안정성과 생산성을 동시에 확보할 수 있습니다.

ConcurrentHashMap, CopyOnWriteArrayList, ConcurrentLinkedQueue 등

 

멀티 스레드 환경에서도 안전한 컬렉션을 사용할 수 있습니다.

📌 불변 객체(Immutable Object) 활용

가능하면 공유 자원을 쓰지 않도록 설계하는 것이 가장 좋은 방법입니다.

 

경쟁 상태 자체를 회피하기 위해 불변 객체를 활용할 수 있습니다.

불변 객체란, 상태가 변하지 않는 객체입니다.

필드가 모두 final로 선언되고, 외부에서 수정할 수 없는 객체입니다.

public final class User {
    private final String name;
    private final int age;

    public User(String name, int age) {
        this.name = name;
        this.age = age;
    }

    public String getName() { return name; }
    public int getAge() { return age; }
}

 

상태 변경이 없기 때문에 경쟁 상태 자체가 발생하지 않습니다.
따라서 스레드 간 공유해도 안전합니다.

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결론

경쟁 상태는 멀티스레드에서 흔하게 발생하는 문제입니다.

문제 상황에 맞는 동기화 전략을 선택하여 성능과 안정성의 균형을 유지해야 합니다.