명시적인 락

ReentrantLock 은 자바5.0 에서 추가됐으며 암묵적인 락으로 할 수 없는 고급 기능을 가지고 있다.

Lock 과 ReentrantLock

Lock 인터페이스는 조건없는 락, 폴링 락, 타임아웃이 있는 락, 락 확보 대기상태에 인터럽트를 걸 수 있는 기능을 가진다.

모든 작업이 명시적이다.

public interface Lock {
       void lock();
       void lockInterruptibly() throws InterruptedException();
       boolean tryLock();
       boolean tryLock( long timeout, TimeUnit unit() throws InterruptedException();
       void unlock();
       Condition newCondition();
}

ReentrantLock 은 Lock 인터페이스를 구현한다. synchronized 구문과 동일한 메모리 가시성과 상호 배제 기능을 제공한다.

Lock lock = new ReentrantLock();
lock.lock();
try {
     // do something           
} finally {
     lock.unlock();
}

ReentrantLock 은 finally 구문에서 반드시 락을 해제해 주어야 한다.

폴링과 시간 제한이 있는 락 확보 방법

락을 확보할 때 시간제한을 두거나 폴링 방법(trylock)을 사용하면 락을 확보하지 못하는 상황에도 통제권을 다시 얻을 수 있다.

public boolean trySendOnSharedLine(String message, long timeout, TimeUnit unit) throws InterruptedException {
      long nanoToLock = unit.toNanos(timeout) - estimateNanosToSend(message);
      if (!lock.tryLock(nanosToLock, NANOSECONDS))
             return false;
      try {
             return sendOnSharedLine(message);
      } finally {
             lock.unlock();
      }
}

인터럽트 걸 수 있는 락 확보 방법

public boolean sendOnSharedLine(String message) throws InteruptedException {
      lock.lockInterruptibly();
 
      try {
             return cancellableSendOnSharedLine(message);
      } finally {
             lock.unlock();
      }
}

성능에 대한 고려

자바 5.0과 함께 ReentrantLock이 처음 소개됐을 때 암묵적인 락에 비해 훨씬 나은 성능을 보여줬다.

하지만 자바 6.0에서는 암묵적인 락과 ReentrantLock 의 성능 차이가 많이 줄었다.

공정성

ReentrantLock 은 두 종류의 락 공정성 설정을 지원한다. 불공정 unfair 방법 과 공정 fair 방법이다.

생성자에서 Boolean 인자로 공정성 지정(디폴트는 불공정)

공정한 방법은 락을 확보하고자 하는 스레드는 항상 큐의 맨끝 대기열에 들어간다. 불공정 방법은 락을 확보하려는 시점에 락이 사용중이라면 대기열에 들어가게 되고, 확보하려는 찰나에 락이 해제되었다면 대기열에 대기중인 스레드를 뛰어넘어 락을 확보하게 된다.

대부분의 경우 공정하게 처리해서 얻는 장점보다 불공정하게 처리해서 얻는 성능상 이점이 더 크다. 왜냐하면 락을 원하는 스레드가 있을 때 바로 확보시키는 것이 대기 중인 스레드를 찾아 확보시키는 것보다 빠르기 때문에.

synchronized 또는 ReentrantLock 선택

그렇다면 ReentrantLock만 사용하고 synchronized는 사용할 필요가 없는 것일까?

synchronized의 장점

코드가 익숙하고 간결함
finally에서 락을 해제하지 않을 가능성이 없다.

ReentrantLock 은 암묵적인 락만으로는 해결할 수 없는 복잡한 상황에서 사용하기 위한 고급 동기화 기능이다.

다음과 같은 고급 동기화 기법을 사용해야 하는 경우에만 ReentrantLock을 사용하도록 하자

- 락을 확보할 때 타임아웃을 지정해야 하는 경우
- 폴링의 형태로 락을 확보하고자 하는 경우
- 락을 확보하느라 대기 상태에 들어가 있을 때 인터럽트를 걸 수 있어야 하는 경우
- 대기 상태 큐 처리 방법을 공정하게 해야 하는 경우
- 코드가 단일 블록의 형태를 넘어서는 경우

그 외의 경우에는 synchronized 블록을 사용하도록 하자! 단순히 성능이 나아지길 기대하며 ReentrantLock을 사용하는 것은 좋지 않음.

읽기-쓰기 락

읽기 작업은 여러 개를 한꺼번에 처리할 수 있지만 쓰기 작업은 혼자만 동작할 수 있는 구조의 동기화를 처리해 주는 락이 읽기-쓰기 락 read-write lock 이다.

대다수의 작업은 데이터 변경이 아닌 읽기 작업이다. 이런 상황에서는 락의 조건을 풀어 읽기 연산은 여러 스레드에서 동시에 실행할 수 있도록 해주면 성능을 크게 향상시킬 수 있다.

단, 데이터를 읽는 거나 쓰는 중에는 쓰지 못한다. 읽기 락과 쓰기 락이 연관성없이 동작하는 것이 아니다.

public interface ReadWriteLock {
     Lock readLock();
     Lock writeLock();
}

멀티 프로세서 시스템에서 읽기 작업이 많고 쓰기 작업이 적은 구조에 사용하면 성능을 크게 높일 수 있음 ReentrantReadWriteLock 클래스를 통해 읽기 락, 쓰기 락 모두 재진입 가능한 락 기능을 제공함.