Clean Code 내용 정리 - 6

부록 A. 동시성

클라이언트/서버 예제

서버

애플리케이션에서 많은 시간을 보내는 가능성은 크게 2개이다.

• I/O : 소켓 사용, 데이터베이스 연결, 가상 메모리 스와핑 기다리기 emd
• 프로세서 : 수치 계산, 정규 표현식 처리, 가비지 컬렉션 등

일반적으로 프로그램이 프로세서 연산에 많은 시간을 보낸다면, 하드웨어를 추가하여 성능을 높여야 한다.

즉, 스레드를 늘린다고 해결할 수 있는 문제가 아니다.

하지만 프로그램이 주로 I/O 연산에 시간을 보낸다면 동시성이 성능을 높여 줄 수 있다.

결론

단일스레드 시스템에서 다중 스레드 시스템으로 변환하고, 성능을 높이기 위해서는 다음과 같은 방법을 사용해야한다.

• I/O에 많은 시간을 보내야 한다.
• 관련된 코드를 분리시켜 여러개의 클래스로 분리해 단일 책임 원칙을 지켜야 한다.

가능한 실행 경로

10000개의 스레드로 현재 값인 변수에 1을 더한다고 했을 때 가정했을때,

최악의 경우는 1부터 10000까지 나올 수 있다.

이를 해결하기 위해서는 ...

심층 분석

3가지 정의를 이야기할 수 있다.

• 프레임 : 모든 메서드 호출에는 프레임이 필요하다
• 지역 변수 : 메서드 범위 내에 정의되는 모든 변수를 가리킴
• 피연산자 스택 : JVM이 지원하는 명령 대다수는 매개변수를 받으며, 이 매개변수를 저장하는 장소

이 3개를 atomic으로 잘 처리한다면, 결과는 일정하다.

결론

스레드가 서로의 작업을 덮어쓰는 과정을 이해하기 위해서는 어떤 연산이 안전한지 못한지에 파악할 수 있도록 메모리 모델을 이해하고 있어야한다.

즉, 아래의 3가지를 이해해야 한다.

• 공유 객체/값이 있는 곳
• 동시 읽기/수정 문제를 일으킬 소지가 있는 코드
• 동시성 문제를 방지하는 법

라이브러리를 이해하기

Executor 프레임워크

• 스레드 풀링으로 정교한 실행을 지원한다.
• 코드가 깔끔해지고 이해하기 쉬워지며, 크기가 작아진다.
• 스레드 풀 크기를 자동으로 조정하며, 재사용할 수 있다.

스레드를 차단하지 않는 방법(non blocking)

• 최신 프로세서는 blocking 하지 않고 안정적으로 값을 갱신한다.

  • Ex) AtomicInteger, incrementAndGet() 등등
• 현대 프로세서는 CAS(Compare and Swap)을 지원한다.

다중 스레드 환경에서 안전하지 않은 클래스

다중 스레드 환경에서 안정하지 않는 환경은 다음과 같다.

• SimpleDateFormat
• 데이터베이스 연결
• java.util 컨테이너 클래스
• 서블릿

메서드 사이에 존재하는 의존성 조심

추적하기 어렵지만 이를 해결하는 방안은 크게 3가지로 구성된다.

1. 실패를 용인하기

2. 클라이언트-기반 잠금

굉장히 위험한 전략이다.

3. 서버-기반 잠금

일반적으로 가장 바람직한 방법이다.

• 코드 중복이 줄어든다.
• 성능이 좋아진다.
• 오류가 발생할 가능성이 줄어든다.
• 스레드 정책이 하나이다.
• 공유 변수 범위가 절어든다.

작업 처리량 높이기

동기화 영역은 언제나 작아야한다.

데드락

데드락의 4가지 조건

• 상호 배제 (Mutual Exclusion)
• 잠금 & 대기 (Lock & Wait)
• 선점 불가 (No Preemption)
• 순환 대기 (Circular Wait)

상호 배제

• 정의 : 여러 스레드가 동시에 사용하지 못하고, 개수가 제한적인 경우

• 해결책

  • 동시에 사용해도 괜찮은 자원을 사용, Ex) Atomic
  • 스레드 수 이상으로 자원 수를 높임
  • 자원을 점유하기 전에 필요한 자원이 모두 있는지 확인

잠금 & 대기

• 정의 : 스레드가 자원을 점유하면 필요한 나머지 자원까지 모두 점유해 작업을 마칠 때까지 이미 점유한 자원을 내놓지 않는다.

• 해결책

  • 대기하지 않기

• 문제점

  • 기아(Starvation) : 한 스레드가 계속해서 필요한 자원을 점유하지 못하는 것
  • 라이브락(Livelock) : 여러 스레드가 한번에 잠금으로 들어가 계속 자원을 점유했다 내놨다를 반복하는 것

선점 불가

• 정의 : 한 스레드가 다른 스레드로부터 자원을 빼앗지 못함

• 해결책

  • 다른 자원을 뺏어오기

순환 대기

• 정의 : 스레드 A는 B가 끝나기를 기다리고, 스레드 B는 A가 끝나기를 기다리는 상황
• 해결책 : 간단한 규약을 설정해서 순환이 없도록 한다

• 문제점

  • 자원을 할당하는 순서와 자원을 사용하는 순서를 다르게 한다
  • 때로는 순서에 따라 자원을 할당하기 어려움

다중 스레드 코드 테스트

• 몬테 카를로 테스트 : 조율이 가능하게 유연하게 테스트를 만든다
• 시스템을 배치할 플랫폼 전부에서 테스트를 돌린다
• 부하가 변하는 장비에서 테스트를 돌린다.

스레드 코드 테스트를 도와주는 도구

대표적인 예시로 IBM의 ConTest가 있다.

사용방법은 다음과 같다.

• 실제 코드와 테스트 코드 작성
• ConTest로 실제 코드와 테스트 코드에 보조 코드 추가
• 테스트를 실행

---

드디어 정리 완료.

부록 B. org.jfree.date.SerialDate 와 부록 C. 휴리스틱의 교차 참조 목록 은 코드 위주라서, 해당 부분을 따로 추가하지 않았다.

점차 이전의 게시글을 틈틈이 수정하면서 가독성을 높이는 작업을 할 예정.

책의 내용을 대부분 정리하기는 했지만, 코드나 원글의 내용을 다 담지 못한 듯 하여 한번 책을 읽어보는 것이 좋을 듯합니다.