2021-10-10-토.md

Java의 Atomic 변수

공유되는 변동 가능한 상태는 동시성이 개입될 때 문제를 초래할 수 있다. 변경 가능한 공유 개체에 대한 엑세스가 제대로 관리되지 않으면 응용 프로그램에서 동시성 오류가 발생할 수 있다. 오늘은 동시성 문제와 동시 엑세스를 처리하기 위한 Atomic 변수를 공부해보겠다.

동시성 문제

현실 세계의 일을 동시성 문제에 빗대어 표현해보자. 통장이 하나 있고 두 사람이 1000원씩 입금을 한다고 가정해보자.

통장에는 1000원이 이미 들어있었고 사람 2명이 각각 1000원씩 입금을 했다. 당연히 통장의 잔액은 3000원이 된다고 생각된다. 하지만 그렇지 않을 수도 있다.

사실 더하기 연산은 컴퓨터에서 내부적으로 값을 읽고 증가시키고 다시 업데이트의 과정이다. 순차적으로 사람1이 1000원을 입금하고 다음에 사람2가 입금을 하면 기대한대로 3000원이 저장될 것이다. 그런데 사람1과 사람2가 동시에 통장에 접근할 수도 있다. 그렇게 되면 둘다 기존 잔액인 1000원을 읽을 것이고 두 사람 모두 통장에 2000원을 쓰게 되어 잘못된 금액이 통장에 들어가는 것이다.

출금을 할 때도 마찬가지다. 통장에 1000원이 있는데 사람1이 1000월 출근하면 통장에 남은 잔액은 0원이 된다. 그 다음 사람2가 1000원을 출금하려고 하면 통장에 더이상 남은 잔액이 없기 때문에 출금을 할 수 없다. 그런데 두 사람이 동시에 통장에 접근한다면 두 사람 모두 남은 잔액이 1000원인 것을 확인하고 각자 1000원을 출금을 할 수 있는 잘못된 상황이 일어나게 된다.

코드로 구현을 해보았다. Bank 클래스에는 잔액을 표시하는 balance 변수가 있다. 그리고 increment 메소드는 통장의 기존 잔액에 1000원을 더해주는 입금 역할 메소드이다.

public class Bank {
    private int balance; // 잔액

    public int increment() {
        return  balance += 1000;
    }

    public int getBalance() {
        return balance;
    }
}

스레드 2개를 생성하고 각각 Bank의 increment 메소드를 100번 실행하여 1000원을 100번 입금하도록 테스트했다. 1000원을 100번 입금하면 10만원이고, 스레드가 2개가 각각 100번 입금하므로 통장에 쌓인 최종 잔액은 20만원으로 예상이 될 것이다. 그냥 for문만 돌리면 생각보다 거의 올바른 값만 나와서 Thread.sleep(100)을 중간에 넣어봤다.

public class Test01 {

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        Bank bank = new Bank();
        int threadCount = 2;

        CountDownLatch latch = new CountDownLatch(threadCount);
        for (int i = 0; i < threadCount; i++) {
            
            new Thread(() -> {
                for (int j = 1; j <= 100; j++) {
                    System.out.println(Thread.currentThread().getName() + " " + bank.increment() +"원");

                    try {
                        Thread.sleep(100);
                    } catch (InterruptedException e) {
                        e.printStackTrace();
                    }
                }
                latch.countDown();

            }).start();
        }

        latch.await();
        System.out.println("total = " + bank.getBalance());
    }
}

결과는 매번 달랐지만 20만원과 오차가 클때는 아래와 같이 172000원이 나오기도 했다.

Thread-0 164000원

Thread-1 165000원

Thread-1 166000원

Thread-0 166000원

Thread-0 168000원

Thread-1 167000원

Thread-0 169000원

Thread-1 170000원

Thread-0 171000원

Thread-1 172000원

total = 172000

이와 같이 두 스레드가 같은 값에 동시에 접근하는 경우가 발생한다.