Java의 Atomic이란 무엇입니까? Java의 원자성과 스레드 안전성 이해

1. Java의 Atomic 소개

1.1 자바에서 Atomic이란 무엇인가?

Java에서 java.util.concurrent.atomic 패키지는 단일 변수에 대한 잠금 없는 스레드 안전 프로그래밍을 지원하는 클래스 세트를 제공합니다. 이러한 클래스를 집합적으로 원자 변수라고 합니다. 가장 일반적으로 사용되는 원자 클래스에는 AtomicInteger , AtomicLong , AtomicBoolean 및 AtomicReference가 있습니다.

원자 변수는 원자적으로 업데이트되도록 설계되었습니다. 즉, 해당 작업(예: 증가, 감소 또는 값 비교 및 ​​설정)이 분할할 수 없는 단일 단계로 수행된다는 의미입니다. 이렇게 하면 다른 스레드가 중간 상태에서 변수를 관찰할 수 없습니다.

예: AtomicInteger 사용

import java.util.concurrent.atomic.AtomicInteger;

public class AtomicExample {
    private AtomicInteger counter = new AtomicInteger(0);

    public void incrementCounter() {
        counter.incrementAndGet();
    }

    public int getCounter() {
        return counter.get();
    }

    public static void main(String[] args) {
        AtomicExample example = new AtomicExample();

        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            new Thread(example::incrementCounter).start();
        }

        // Add some delay to ensure all threads complete
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        System.out.println("Final Counter Value: " + example.getCounter());
    }
}

이 예에서 AtomicInteger는 불일치를 유발하지 않고 여러 스레드에 의해 안전하게 증가될 수 있는 카운터를 유지하는 데 사용됩니다.

1.2 원자성과 스레드 안전성

'원자성'이라는 용어는 다른 작업의 간섭 가능성 없이 단일 단계로 완료되는 작업을 의미합니다. 멀티스레딩의 맥락에서 이는 변수 업데이트가 전부 아니면 전무 작업으로 발생함을 의미합니다. 일반 기본 유형의 경우 증분 (i++)과 같은 작업은 원자적이지 않습니다. 즉, 여러 스레드가 동일한 변수를 동시에 업데이트하려고 하면 데이터 손상이 발생할 수 있습니다.

예: 기본 유형을 사용한 비원자적 연산

public class NonAtomicExample {
    private int counter = 0;

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

    public int getCounter() {
        return counter;
    }

    public static void main(String[] args) {
        NonAtomicExample example = new NonAtomicExample();

        for (int i = 0; i < 100; i++) {
            new Thread(example::incrementCounter).start();
        }

        // Add some delay to ensure all threads complete
        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        System.out.println("Final Counter Value: " + example.getCounter());
    }
}

동기화가 적용되더라도 이 접근 방식은 스레드 경합으로 인해 성능 병목 현상이 발생할 수 있습니다. 그러나 원자 클래스는 낮은 수준의 CPU 명령을 사용하여 잠금 없이 원자성을 보장함으로써 이를 방지합니다.

2. Atomics와 일반 프리미티브의 차이점

이제 원자성 변수가 무엇이고 어떻게 작동하는지 이해했으므로 원자성 및 스레드 안전성 측면에서 일반 기본 유형과 어떻게 다른지 살펴보겠습니다.

2.1 일반 원시형과 원자성의 원자성

int , long , boolean 등과 같은 일반 프리미티브는 본질적으로 원자적이지 않습니다. 값 증가 또는 설정과 같은 이러한 변수에 대한 작업은 다른 스레드에 의해 중단되어 데이터가 일관되지 않거나 손상될 수 있습니다. 이와 대조적으로 원자 변수는 이러한 작업이 중단할 수 없는 단일 단계로 수행되도록 보장합니다.

예: 기본 유형의 경쟁 조건

public class RaceConditionExample {
    private int counter = 0;

    public void incrementCounter() {
        counter++;
    }

    public static void main(String[] args) {
        RaceConditionExample example = new RaceConditionExample();

        for (int i = 0; i < 1000; i++) {
            new Thread(example::incrementCounter).start();
        }

        try {
            Thread.sleep(1000);
        } catch (InterruptedException e) {
            e.printStackTrace();
        }

        System.out.println("Final Counter Value: " + example.counter);
    }
}

이 예에서는 경쟁 조건으로 인해 최종 카운터 값이 1000이 아닐 수 있습니다. 여러 스레드가 동시에 카운터에 액세스하고 수정할 수 있으므로 예측할 수 없는 결과가 발생할 수 있습니다.

2.2 일반 프리미티브와 Atomics의 스레드 안전성

스레드 안전성은 동시 프로그래밍에서 주요 고려 사항입니다. 일반 기본 요소에는 스레드로부터 안전하도록 명시적인 동기화가 필요하며 이는 번거롭고 오류가 발생하기 쉽습니다. 그러나 Atomics는 기본 제공 원자 작업을 제공하므로 본질적으로 스레드로부터 안전합니다.

성능 고려 사항

일반 프리미티브와 동기화를 사용하면 잠금 획득 및 해제 오버헤드로 인해 성능 병목 현상이 발생할 수 있습니다. 반면에 원자 클래스는 비차단 알고리즘을 사용하여 잠금 없이 스레드 안전성을 달성함으로써 보다 효율적인 솔루션을 제공합니다.

3. 결론

Java의 원자 변수는 동시성을 처리하고 데이터 일관성을 보장하는 강력하고 효율적인 방법을 제공합니다. 원자성 및 스레드 안전성 측면에서 일반 기본 유형과 크게 다르며 다중 스레드 환경에서 보다 성능이 뛰어난 솔루션을 제공합니다.

Atomics의 개념을 이해하면 Java에서 더 안전하고 효율적인 동시 코드를 작성할 수 있습니다. 질문이 있거나 추가 설명이 필요한 경우 아래에 의견을 남겨주세요!

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