[PT선생님][41]java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedLongSynchronizer 알아보기

java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedLongSynchronizer는 Java 프로그래밍 언어에서 쓰이는 클래스 중 하나로, 다중 스레드 환경에서 동기화를 제공하기 위해 만들어졌습니다. 이 클래스는 기본적으로 "큐(Queue)"라는 자료구조를 이용하여 스레드의 동기화를 관리하며, 내부적으로 ReentrantLock과 Condition 클래스와 함께 사용됩니다.

AbstractQueuedLongSynchronizer는 추상 클래스이므로, 이 클래스를 직접적으로 사용하는 것이 아니라 이를 상속받은 클래스를 만들어 사용합니다. 대표적으로, java.util.concurrent.locks.ReentrantReadWriteLock과 java.util.concurrent.Semaphore 클래스에서 AbstractQueuedLongSynchronizer 클래스를 상속받아 사용합니다.

이 클래스에서 가장 중요한 개념은 "상태(State)"라는 것입니다. AbstractQueuedLongSynchronizer 클래스는 스레드의 상태를 관리하며, 이를 이용하여 다중 스레드 환경에서 동기화를 수행합니다. 이 클래스에서 상태는 long 자료형으로 표현되며, 상태를 업데이트하기 위해 CAS(Compare-And-Swap) 연산을 사용합니다.

이 클래스에서는 스레드의 대기와 동시 실행을 제어하기 위한 "노드(Node)"라는 개념이 사용됩니다. 노드는 스레드를 나타내며, 스레드가 노드를 생성하여 큐(Queue)에 삽입하면, 이후 스레드의 실행은 노드의 상태에 따라 제어됩니다. 큐에서는 FIFO(First-In-First-Out) 방식으로 노드를 처리합니다.

이 클래스는 ReentrantLock과 Condition 클래스와 함께 사용되어, 스레드의 락을 관리하고 대기하거나 깨울 수 있도록 해줍니다. 이를 이용하여 다중 스레드 환경에서 안정적이고 효율적인 동기화를 구현할 수 있습니다.

또한, 이 클래스에서는 "공유 모드(Shared Mode)"와 "배타 모드(Exclusive Mode)"라는 두 가지 모드가 제공됩니다. 공유 모드는 여러 스레드가 동시에 접근하여 읽기 작업을 수행할 수 있는 모드이며, 배타 모드는 하나의 스레드만이 접근하여 쓰기 작업을 수행할 수 있는 모드입니다. 이를 이용하여, 다중 스레드 환경에서 안전하게 데이터를 공유하거나 수정할 수 있습니다.

위와 같이 AbstractQueuedLongSynchronizer 클래스는 다중 스레드 환경에서 안전하고 효율적인 동기화를 제공하기 위위와 같이 AbstractQueuedLongSynchronizer 클래스는 다중 스레드 환경에서 안전하고 효율적인 동기화를 제공하기 위해 여러 가지 개념과 기능을 제공합니다. 이 클래스를 이용하면, 다중 스레드 환경에서 안전하게 공유자원에 접근하고 수정할 수 있으며, 스레드의 대기와 실행을 효율적으로 제어할 수 있습니다.

하지만 이 클래스는 사용하기가 어려울 수 있으며, 클래스의 내부 구조와 작동 원리를 이해해야만 효율적으로 사용할 수 있습니다. 따라서 이 클래스를 사용하기 전에는 충분한 학습과 연습이 필요합니다.

예를 들어, ReentrantLock 클래스를 사용할 때는, 다음과 같이 AbstractQueuedLongSynchronizer 클래스를 이용하여 락을 구현할 수 있습니다.

 

import java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedLongSynchronizer;

public class MyLock extends AbstractQueuedLongSynchronizer {
    @Override
    protected boolean tryAcquire(long arg) {
        // 락을 획득하기 위한 메서드
        // arg는 락을 획득하기 위해 필요한 인자
        // 락을 획득하면 true를 반환
        // 락을 획득하지 못하면 false를 반환
    }

    @Override
    protected boolean tryRelease(long arg) {
        // 락을 반환하기 위한 메서드
        // arg는 락을 반환하기 위해 필요한 인자
        // 락을 반환하면 true를 반환
        // 락을 반환하지 못하면 false를 반환
    }
}

위와 같이 AbstractQueuedLongSynchronizer 클래스를 상속받은 MyLock 클래스를 만들고, tryAcquire() 메서드와 tryRelease() 메서드를 오버라이딩하여 락의 획득과 반환을 구현할 수 있습니다.

또한, Semaphore 클래스를 사용할 때도 AbstractQueuedLongSynchronizer 클래스를 이용하여 세마포어를 구현할 수 있습니다. 이를 이용하면, 다중 스레드 환경에서 특정 자원의 사용을 제어할 수 있습니다.

 

import java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedLongSynchronizer;

public class MySemaphore extends AbstractQueuedLongSynchronizer {
    public MySemaphore(int permits) {
        setState(permits);
    }

    public void acquire() {
        acquire(1);
    }

    public void release() {
        release(1);
    }

    public void acquire(int permits) {
        // 세마포어를 획득하기 위한 메서드
        // permits는 세마포어를 획득하기 위해 필요한 인자
        // 세마포어를 획득하면 true를 반환
        // 세마포어를다음은 AbstractQueuedLongSynchronizer 클래스를 사용하여 구현한 간단한 예제 코드입니다.
	}
}

import java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedLongSynchronizer;

public class Counter {
    private final Sync sync = new Sync();

    private static class Sync extends AbstractQueuedLongSynchronizer {
        public boolean tryAcquire() {
            return compareAndSetState(0, 1);
        }

        public boolean tryRelease() {
            return compareAndSetState(1, 0);
        }

        public boolean isLocked() {
            return getState() == 1;
        }
    }

    public void increment() {
        sync.acquire();
        try {
            // 공유자원을 수정하는 코드
        } finally {
            sync.release();
        }
    }

    public boolean isLocked() {
        return sync.isLocked();
    }
}

위 코드는 Counter 클래스를 정의하고, 이 클래스 내에서 Sync 클래스를 상속받아 동기화를 제공하는 예제입니다. Counter 클래스는 공유자원을 수정하는 increment() 메서드를 가지고 있으며, 이 메서드 내에서는 Sync 객체의 acquire() 메서드를 호출하여 락을 획득하고, try-finally 문을 이용하여 락을 반환합니다.

또한, Counter 클래스는 Sync 객체의 isLocked() 메서드를 이용하여 현재 락이 획득되어 있는지 여부를 확인할 수 있습니다. 이를 통해 다른 스레드가 락을 획득하고 있는지 확인할 수 있습니다.