synchronized

임계 영역

임계 영역(Critical Section): 여러 스레드가 공유 자원에 동시에 접근할 경우 데이터 불일치 또는 예측 불가능한 결과가 발생할 수 있는 코드 영역.

경쟁 상태를 유발하는 코드 예시

아래 로직을 여러 스레드가 실행하면 [경쟁 상태]가 발생하며, 값 손실이 발생한다.

코드

public class RaceConditionExample {

    static int count = 0;

    static void increment() {
        int temp = count;        // 1. 읽기
        sleep(10);               // 컨텍스트 스위칭 유도
        count = temp + 1;        // 2. 계산 및 쓰기
    }

    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {

        Thread t1 = new Thread(new IncrementTask());
        Thread t2 = new Thread(new IncrementTask());

        t1.start();
        t2.start();

        t1.join();
        t2.join();

        System.out.println("최종 count = " + count);
    }

    static class IncrementTask implements Runnable {
        @Override
        public void run() {
            increment();
        }
    }

    private static void sleep(long millis) {
        try {
            Thread.sleep(millis);
        } catch (InterruptedException ignored) {}
    }
}

실행 흐름

1. t1이 카운트를 읽음 -> 0
2. 컨택스트 스위칭 발생
3. t2가 카운트를 읽음 -> 0
4. t1이 count = 1 저장
5. t2가 count = 1 저장 (t1의 결과를 덮어씀)
6. 결과는 [경쟁 상태]로 인해 1

값 손실이 발생하는 이유

count++ 는 하나의 문장처럼 보이지만, 읽기 → 계산 → 쓰기의 복합 연산이며 이 전체가 보호되지 않으면 스레드 간에 끼어들 수 있다.

synchronized

자바에서 임계 영역에 대한 동시 접근을 방지하기 위한 키워드다.
JVM 수준에서 모니터 락(monitor lock) 사용
객체(Object) 또는 클래스(Class)에 락을 건다

장점

상호 배제
동시에 못 들어오게 막는 것뿐 아니라 읽기 → 수정 → 쓰기 전체를 하나의 원자적 구간으로 만든다.
가시성
모니터 락을 해제(unlock) 한 스레드의 모든 쓰기 → 같은 락을 획득(lock) 한 다음 스레드에서 반드시 보인다.

단점

순서 보장을 하지 않는다. (공정성)
락 획득 순서에 대한 공정성(fairness)을 보장하지 않는다.
먼저 대기한 스레드가 항상 먼저 락을 획득한다는 보장이 없다.
그 결과 기아 상태(starvation)가 발생할 수 있다.
제어 불가 (무한대기)
- 락을 직접 해제할 수 없다.
- 인터럽트로 락 대기를 중단할 수 없다.
속도가 느려진다.
모니터 락 획득·해제에 따른 오버헤드가 발생한다.
임계 영역이 길수록 병렬성이 크게 감소한다.

인스턴스 메서드 synchronized

락 대상
this (해당 인스턴스의 monitor)
보장 범위

같은 인스턴스를 공유하는 스레드 간 상호 배제

class Counter {
    private int count = 0;

    public synchronized void increment() {
        count++;
    }

    public synchronized int getCount() {
        return count;
    }
}

synchronized 블록

락 대상
- this (해당 인스턴스의 monitor)

보장 범위

같은 인스턴스를 공유하는 스레드 간 상호 배제

class Counter {
    private int count = 0;

    public void increment() {
        synchronized (this) {
            count++;
        }
    }

    public int getCount() {
        synchronized (this) {
            return count;
        }
    }
}

static synchronized 메서드

락 대상
Counter.class (Class 객체의 monitor)
보장 범위

모든 인스턴스 + static 상태 간 상호 배제

class GlobalCounter {
    private static int count = 0;

    public static synchronized void increment() {
        count++;
    }

    public static synchronized int getCount() {
        return count;
    }
}

전용락

락 대상
this도, 다른 인스턴스도 아님
해당 인스턴스가 소유한 별도의 락 객체
보장 범위

보장 범위는 “전용 락을 사용하는 synchronized 구간”

class Counter {
    private int count = 0;
    private final Object lock = new Object();

    public void increment() {
        synchronized (lock) {
            count++;
        }
    }

    public int getCount() {
        synchronized (lock) {
            return count;
        }
    }
}