[PT선생님][42]java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer 알아보기

Java 언어에서 `java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer` 클래스는 스레드 동기화를 제공하는 라이브러리 중 하나입니다. 이 클래스는 스레드 동기화에 대한 일반적인 프레임워크를 제공하며, Lock, Semaphore 및 CountDownLatch와 같은 동기화 기본 구조의 구현을 제공합니다.

`AbstractQueuedSynchronizer`는 동시성 컬렉션 및 자바 5의 다른 새로운 기능과 함께 소개된 Java 5의 java.util.concurrent 패키지에서 중요한 클래스 중 하나입니다. 이 클래스는 스레드 간의 상호작용을 관리하기 위한 큐 기반 동기화 메커니즘을 제공합니다. 이 메커니즘은 스레드 간의 상호작용을 관리하면서, 스레드 간의 경쟁 조건을 효과적으로 처리하고, 성능을 높이기 위해 고안되었습니다.

`AbstractQueuedSynchronizer`는 상속 기반 클래스로, 스레드 동기화를 위한 다양한 방법을 제공하는 여러 메서드를 구현합니다. 이 메서드는 다음과 같은 두 가지 유형으로 구분됩니다.

1. 상태 제어 메서드: `tryAcquire()`, `tryRelease()` 및 `tryAcquireShared()` 등의 메서드로, 상태를 관리하는 데 사용됩니다.
2. 동기화 메서드: `acquire()`, `release()` 및 `acquireShared()` 등의 메서드로, 동기화를 위한 메서드로, 상태 제어 메서드와 함께 사용됩니다.

`AbstractQueuedSynchronizer`를 사용하면 스레드 간에 안전하게 데이터를 공유하고, 성능을 최적화하는 다양한 방법을 제공할 수 있습니다. 그러나 이 클래스는 고급 스레드 동기화를 구현하는 것이므로, 사용 전에 충분한 이해와 경험이 필요합니다.`AbstractQueuedSynchronizer`의 가장 큰 특징은 기본적으로 큐를 사용하여 스레드 동기화를 관리한다는 것입니다. 이 큐는 스레드 간에 상호 작용을 제공하는데 사용됩니다. 새로운 스레드가 동기화를 요청하면, 이 스레드는 큐의 끝에 추가됩니다. 그리고 이전에 큐에 들어온 스레드가 처리되면, 다음 스레드를 큐에서 제거하고 처리합니다.

이렇게 큐를 사용하는 것은 다음과 같은 이점이 있습니다.

1. 경쟁 조건 관리: 큐를 사용하여 스레드 간에 경쟁 조건을 효과적으로 관리할 수 있습니다. 이를 통해 공유 자원에 대한 동시 액세스 문제를 방지하고, 안정적인 동기화를 보장할 수 있습니다.

2. 높은 성능: 큐를 사용하면 스레드 간의 처리 순서를 관리할 수 있으므로, 스레드 간의 경쟁 조건을 효과적으로 관리하면서 높은 성능을 유지할 수 있습니다.

3. 대기 및 통지: 큐를 사용하면 스레드 간에 대기 및 통지를 관리할 수 있습니다. 스레드가 동기화를 요청하면 큐의 끝에 추가되어 대기하고, 다른 스레드가 처리되면 통지를 받아 실행될 수 있습니다.

`AbstractQueuedSynchronizer`는 이러한 큐 기반 동기화 메커니즘을 구현하며, 다양한 상태 제어 및 동기화 메서드를 제공합니다. 이를 통해 다른 동기화 기본 구조, 예를 들어 Lock, Semaphore 및 CountDownLatch 등을 구현할 수 있습니다.

그러나 `AbstractQueuedSynchronizer`는 고급 스레드 동기화를 구현하는 것이므로, 사용 전에 충분한 이해와 `AbstractQueuedSynchronizer`는 추상 클래스이기 때문에 직접적으로 인스턴스화할 수 없으며, 구체적인 구현 클래스를 작성하여 사용해야 합니다. 아래는 간단한 구현 예시입니다.

 

import java.util.concurrent.locks.AbstractQueuedSynchronizer;

public class MyLock {
    // 내부 동기화 매커니즘으로 사용할 AQS 구현 클래스 정의
    private static class Sync extends AbstractQueuedSynchronizer {
        @Override
        protected boolean tryAcquire(int arg) {
            if (compareAndSetState(0, 1)) {
                setExclusiveOwnerThread(Thread.currentThread());
                return true;
            }
            return false;
        }

        @Override
        protected boolean tryRelease(int arg) {
            if (getState() == 0) {
                throw new IllegalMonitorStateException();
            }
            setExclusiveOwnerThread(null);
            setState(0);
            return true;
        }

        @Override
        protected boolean isHeldExclusively() {
            return getState() == 1;
        }
    }

    // AQS 인스턴스 생성
    private final Sync sync = new Sync();

    public void lock() {
        sync.acquire(1);
    }

    public void unlock() {
        sync.release(1);
    }
}

위 코드에서 `MyLock` 클래스는 `AbstractQueuedSynchronizer`를 사용하여 락을 구현한 예시입니다. `MyLock` 클래스는 내부에 `Sync` 클래스를 정의하고, 이 클래스는 `AbstractQueuedSynchronizer`를 상속하여 구현합니다. `Sync` 클래스는 `tryAcquire`, `tryRelease`, `isHeldExclusively` 메서드를 구현하여 락을 얻는 방법, 락을 해제하는 방법, 락이 보유되어 있는지 확인하는 방법을 정의합니다.

그리고 `MyLock` 클래스는 `Sync` 클래스의 인스턴스를 생성하여 락을 구현합니다. `lock` 메서드에서는 `Sync` 클래스의 `acquire` 메서드를 호출하여 락을 얻고, `unlock` 메서드에서는 `Sync` 클래스의 `release` 메서드를 호출하여 락을 해제합니다.

위 코드는 간단한 예시일 뿐이며, `AbstractQueuedSynchronizer`를 사용하여 더 복잡한 스레드 동기화 메커니즘을 구현할 수 있습니다.