김영한의 실전 자바 - 고급 1편: 멀티스레드와 동시성

학습 중 등장하는 개념·클래스·API를 커밋 단위로 기록.

실행 방법

# JDK 17 이상 필요
javac -d out src/**/*.java
java -cp out thread.sync.BankMain

목차

• thread.sync.lock — LockSupport
• thread.sync.test — synchronized 연습
• thread.sync — ReentrantLock / synchronized
• thread.control.volatile1 — volatile
• thread.control.yield — yield
• thread.control.printer — 프린터 실습
• thread.interrupt — interrupt
• thread.control.join — join
• thread.start — 스레드 생성
• util — 공통 유틸

학습 기록

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thread.sync.lock — LockSupport로 스레드 WAITING/TIMED_WAITING 제어

• LockSupportMainV2 — LockSupport.parkNanos()로 나노초 단위 타임아웃 TIMED_WAITING — 지정 시간 경과 후 자동 복귀
• LockSupportMainV1 — LockSupport.park()로 스레드를 WAITING 상태로 전환, unpark() 또는 interrupt()로 깨우는 두 가지 방식 비교
• park() 후 unpark()로 깨우면 인터럽트 상태 false 유지, interrupt()로 깨우면 true 유지
• park()(무한 대기) vs parkNanos()(타임아웃) — synchronized의 BLOCKED와 달리 명시적 해제 가능
• ReentrantLock 구현의 기반 저수준 API
• 주요 API: LockSupport.park(), LockSupport.parkNanos(long), LockSupport.unpark(Thread)

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thread.sync.test — synchronized 연습 문제

• SyncTest2Main — 로컬 변수(localValue)만 사용하는 카운터 — 스택에만 존재해 스레드 간 공유 없음 → synchronized 불필요, 동기화 대상 판단 기준 학습
• SyncTest1BadMain — 두 스레드가 각 10,000회 increment()를 호출하는 카운터 예제 — increment()는 synchronized로 보호되나 getCount()는 미동기화로 가시성 문제 잠재
• 임계 영역 보호 범위, 가시성 보장, 공유 자원 여부 판단을 실습으로 확인
• 주요 API: synchronized (메서드 레벨), Thread.join()

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thread.sync — ReentrantLock.tryLock(timeout)으로 타임아웃 락 시도

• BankAccountV6 — lock.tryLock(500, TimeUnit.MILLISECONDS) — 최대 500ms 대기 후 락 미획득 시 거래 거부
• tryLock()(즉시 반환) vs tryLock(timeout)(일정 시간 대기): 타임아웃 버전은 짧은 경합은 허용하되 무한 대기는 방지
• 주요 API: ReentrantLock.tryLock(long, TimeUnit)

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thread.sync — ReentrantLock.tryLock()으로 비차단 락 시도

• BankAccountV5 — lock.tryLock() — 락 획득 실패 시 대기 없이 즉시 false 반환, 이미 처리 중인 작업이 있으면 거래 거부
• lock.lock()(블로킹) vs lock.tryLock()(논블로킹): tryLock은 경합 시 대기하지 않아 응답성 우선 시나리오에 적합
• 주요 API: ReentrantLock.tryLock()

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thread.sync — ReentrantLock으로 synchronized 대체

• BankAccountV4 — ReentrantLock을 이용한 명시적 락 — lock() / unlock()을 직접 호출, try-finally로 반드시 unlock 보장
• synchronized(암시적 락)와 동일한 상호 배제·가시성 보장, 단 공정성(fair) 모드·tryLock·타임아웃 등 고급 기능 제공
• getBalance()도 락으로 보호하여 읽기 시 가시성 보장
• 주요 API: ReentrantLock.lock(), ReentrantLock.unlock(), Lock 인터페이스

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thread.sync — synchronized 블록으로 임계 영역 범위 최소화

• BankAccountV3 — synchronized(this) 블록으로 검증~출금 구간만 동기화 — 로그 출력 등 비임계 로직은 락 밖에 위치시켜 락 점유 시간 단축
• 메서드 레벨 synchronized vs 블록 레벨 synchronized(this): 동작은 동일하나 블록이 더 세밀한 임계 영역 제어 가능
• 주요 API: synchronized(this) {}, synchronized (메서드 vs 블록)

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thread.sync — synchronized를 이용한 임계 영역 보호

• BankAccountV2 — synchronized 메서드로 출금·잔액 조회 동기화 — 모니터 락을 획득한 스레드만 임계 영역 진입, 나머지는 BLOCKED 상태로 대기
• 모든 객체(인스턴스)는 내부에 자신만의 모니터 락(monitor lock)을 보유
• synchronized는 가시성(volatile) + 원자성을 동시에 보장
• 주요 API: synchronized (메서드 레벨)

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thread.sync — 동기화 없는 동시 출금과 경쟁 조건

• BankAccount — 출금·잔액 조회 계약을 정의한 인터페이스
• BankAccountV1 — synchronized 없는 구현체 — 검증과 출금 사이에 컨텍스트 스위치 발생 시 두 스레드가 동시에 출금 성공 (음수 잔액 발생)
• WithdrawTask — BankAccount를 주입받아 withdraw()를 실행하는 Runnable — 두 스레드가 동일 계좌 객체를 공유
• BankMain — 잔액 1000에서 두 스레드가 각 800 출금 시도 → 경쟁 조건 재현
• 임계 영역(critical section) 개념, 원자성(atomicity) 부재로 인한 Race Condition 학습
• 주요 API: Runnable, Thread, Thread.join(), Thread.sleep()

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thread.control.volatile1 — volatile 키워드와 메모리 가시성

• VolatileFlagMain — boolean vs volatile boolean 플래그로 스레드 중단 — 비volatile 시 CPU 캐시로 인해 변경 감지 불가
• VolatileCountMain — volatile flag + volatile count로 카운터 가시성 확인 — volatile 없으면 메인 스레드의 쓰기가 작업 스레드에 전달 안 됨
• volatile은 읽기/쓰기 원자성 보장, 단 복합 연산(count++)엔 적용 안 됨
• 주요 API: volatile 키워드

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thread.control.yield — Thread.yield() 학습

• YieldMain — 1000개 스레드가 각 10회 출력하며 Thread.yield()로 CPU 양보 동작 확인
• yield()는 현재 스레드가 다른 스레드에 실행 기회를 넘기지만 보장은 없음 (힌트 수준)
• sleep(0) 대비 OS 스케줄러 의존도 높고 플랫폼마다 동작 상이
• 주요 API: Thread.yield()

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thread.control.printer — 인터럽트 적용 프린터 실습

• MyPrinterV1 — volatile boolean work 플래그로 중단 — sleep() 중 플래그 확인 불가 (지연 중단 문제)
• MyPrinterV2 — work = false + printThread.interrupt() 조합 — sleep() 중 InterruptedException 즉시 발생
• MyPrinterV3 — volatile 플래그 제거, Thread.interrupted() + interrupt() 단독 사용 — 인터럽트로 모든 중단 제어 (권장 패턴)
• MyPrinterV4 — V3에 Thread.yield() 추가 — 빈 큐 대기 시 busy-wait 대신 yield로 CPU 양보
• 주요 API: ConcurrentLinkedQueue, volatile, thread.interrupt(), Thread.interrupted(), Thread.yield()

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thread.interrupt — 스레드 인터럽트로 작업 중단

• ThreadStopMainV1 — volatile boolean runFlag로 중단 — sleep() 중 플래그 확인 불가로 지연 중단
• ThreadStopMainV2 — thread.interrupt()로 중단 — sleep() 중 InterruptedException 발생, catch 후 인터럽트 상태 false로 초기화
• ThreadStopMainV3 — isInterrupted()로 루프 탈출 — 인터럽트 상태 true 유지로 자원 정리 중 sleep에서 또 예외 발생
• ThreadStopMainV4 — Thread.interrupted()로 루프 탈출 — 상태를 false로 초기화하여 자원 정리 정상 완료 (권장 패턴)
• 주요 API: thread.interrupt(), Thread.currentThread().isInterrupted(), Thread.interrupted(), volatile

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thread.control.test — Thread.join() 실습

• JoinTest1Main — start → join 순차 반복으로 스레드를 직렬 실행 (이전 스레드 완료 후 다음 시작)
• JoinTest2Main — 모두 start 후 순서대로 join으로 병렬 실행 후 대기
• 직렬 실행(총 9초) vs 병렬 실행(총 3초) 성능 차이 비교
• 주요 API: Thread.start(), Thread.join()

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thread.control.join — Thread.join() 학습

• JoinMainV0 — join() 없이 스레드 실행 후 메인 스레드가 먼저 종료되는 문제 확인
• JoinMainV1 — join() 없이 스레드 계산 결과를 가져오려다 항상 0이 나오는 경쟁 조건 확인
• JoinMainV2 — sleep()으로 타이밍을 맞추는 방식 — 정확한 대기 시간 예측이 어려움을 시연
• JoinMainV3 — thread.join()으로 스레드 종료 시까지 무한 대기 — 경쟁 조건 해결
• JoinMainV4 — thread.join(ms)으로 최대 N밀리초만 대기하는 타임아웃 join 확인
• join() 미사용 시 메인 스레드가 작업 완료 전에 결과를 읽어 올바른 값을 얻지 못함
• join(ms) 사용 시 타임아웃 내 완료 여부와 무관하게 대기 해제
• 주요 API: Thread.join(), Thread.join(long millis), Runnable

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thread.control — 스레드 정보 조회 및 생명주기

• ThreadInfoMain — Thread 객체의 메타정보(ID, 이름, 우선순위, 그룹, 상태) 출력
• ThreadStateMain — 스레드 생명주기 상태(NEW → RUNNABLE → TIMED_WAITING → TERMINATED) 전환 확인
• sleep() 중인 스레드는 외부에서 TIMED_WAITING으로, 스레드 내부에서는 RUNNABLE로 보임
• 주요 API: threadId(), getName(), getPriority(), getThreadGroup(), getState(), Thread.State

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thread.start.test — 스레드 생성 방식 실습

• StartTest1Main — Thread 상속으로 카운터 스레드 구현
• StartTest2Main — Runnable 구현체 + Thread 생성자에 이름 지정
• StartTest3Main — 익명 클래스로 Runnable 구현
• StartTest4Main — 두 Runnable을 서로 다른 주기(1000ms / 500ms)로 병렬 실행
• Thread 상속 → Runnable 익명 클래스 → 람다 순서로 코드 간결화 흐름 확인
• 주요 API: Thread(Runnable, name), Thread.sleep(ms)

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util — 스레드 공통 유틸리티

• ThreadUtils — Thread.sleep() 체크 예외를 래핑해 언체크 예외로 변환하는 유틸 추상 클래스
• MyLogger — 스레드 이름·시간을 포함한 로그 출력 추상 클래스 (static 메서드로 사용)
• 멀티스레드 환경에서 어느 스레드가 어느 시점에 실행 중인지 한눈에 파악하기 위한 공통 유틸
• 주요 API: ThreadUtils.sleep(millis), log(Object), Thread.currentThread().getName(), DateTimeFormatter

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thread.start — 스레드 생성과 실행

• Thread — 상속 후 run() 오버라이드로 작업 정의
• start() vs run(): start()만 새 스레드 생성, run() 직접 호출은 메인 스레드에서 실행
• Thread.currentThread(), Thread.getName()
• Runnable — 스레드 작업을 분리하는 인터페이스. Thread(Runnable) 생성자에 전달해 사용
  • Thread 상속 vs Runnable 구현: Runnable이 작업과 스레드를 분리해 유연성 높음 (단일 상속 제약 없음)
• setDaemon(true) — 데몬 스레드 설정. 모든 유저 스레드 종료 시 데몬 스레드도 자동 종료
• Thread.sleep(ms) — 지정 시간만큼 스레드 일시 정지 (InterruptedException 체크 예외)