클린 코드 독서일지 - Day 25

동시성 방어 원칙

동시성 코드가 일으키는 문제로부터 시스템을 방어하는 원칙과 기술을 소개한다.

단일 책임 원칙(SRP)

동시성 코드는 다른 코드와 분리하라.

따름 정리 : 자료 범위를 제한하라

공유 객체를 사용하는 코드 내 임계영역의 수를 줄여야 한다.
-> 임계영역의 수가 많으면 보호 코드를 빼먹거나, 반대로 코드 확인에 많은 수고를 들이게 된다.
-> 자료를 캡슐화하여 공유 자료를 최대한 줄여라.

따름 정리: 자료 사본을 사용하라

공유 자료를 줄이기 위해 스레드가 객체의 사본에서 결과를 가져오는 방법도 가능하다.

따름 정리: 스레드는 가능한 독립적으로 구현하라

다른 스레드와 자료를 공유하지 않고, 각자 클라이언트 요청 하나를 처리하는 독립적인 스레드를 만들어라.
-> 동기화 문제를 예방할 수 있다.

라이브러리를 이해하라

자바에는 다중 스레드 환경에서 사용하기 좋은 패키지와 클래스들이 있음
-> 언어들이 좋은 클래스를 제공할 수 있다.

실행 모델을 이해하라

몇 가지 기본 용어 이해 필요

• 한정된 자원 : 크기나 숫자가 제한적인 자원
• 상호 배제 : 한 번에 한 스레드만 공유 자료나 공유 자원을 사용할 수 있는 경우
• 기아 : 한 스레드나 여러 스레드가 영원히 자원을 기다리는 현상
• 데드락 : 모든 스레드가 각기 필요한 자원을 다른 스레드가 점유하는 바람에 어느 쪽도 더 이상 진행하지 못하는 현상
• 라이브락 : 락을 거는 단계에서 각 스레드가 서로를 방해해 진행하지 못하는 현상

생산자-소비자

하나 이상 생산자 스레드가 정보를 생성해 버퍼나 대기열에 넣으면 하나 이상 소비자 스레드가 대기열에서 정보를 가져와 사용하는 실행 모델.
대기열은 한정된 자원이며, 대기열을 올바로 사용하고자 생산자/소비자 스레드는 서로에게 시그널을 보냄 -> 꼬일 수 있음

읽기-쓰기

읽기 스레드와 쓰기 스레드가 자원을 공유하는 실행 모델
각 스레드가 버퍼를 사용하는 동안 다른 스레드가 침범하지 않도록 하려면 + 한쪽의 독점을 막기 위해서는 복잡한 균형잡기가 필요하다.

식사하는 철학자들

• 둥근 식탁에 철학자 한 무리가 둘러앉았음
• 식탁 가운데는 커다란 스파게티 한 접시가 놓여져 있음
• 각 철학자 왼쪽에 포크가 있으며, 철학자들은 배가 고플 때 양손에 포크를 쥐어야만 먹을 수 있음
• 스파게티를 먹고 나면 포크를 내려놓고 배가 고플 때까지 생각에 잠김
  철학자를 스레드로, 포크를 자원으로 바꿔 생각하면, 많은 기업 애플리케이션에서 겪는 문제임
  -> 주의해서 설계하지 않으면 데드락, 라이브락, 처리율 저하, 효율성 저하 등을 겪음

일상에서 접하는 다중 스레드 문제는 대부분 위 세 범주 중 하나에 속하므로, 각 알고리즘을 공부하고 해법을 이해하라.

동기화하는 메서드 사이에 존재하는 의존성을 이해하라

동기화하는 메서드 사이에 의존성이 존재하면 찾아내기 어려운 버그가 생김
공유 클래스 하나에 동기화된 메서드가 여럿이라면 구현이 올바른지 확인하기(되도록 공유 객체 하나에는 메서드 하나만 사용)
공유 클래스 하나에 동기화된 메서드 여럿을 사용해야 할 땐, 다음 세 가지 방법을 고려

• 클라이언트에서 잠금 : 클라이언트에서 첫 번째 메서드를 호출하기 전에 서버 잠금, 마지막 메서드를 호출할 때까지 잠금 유지
• 서버에서 잠금 : 서버에다 서버를 잠그고 모든 메서드를 호출한 후 잠금을 해제하는 메서드 구현, 클라이언트가 이 메서드 호출
• 연결 서버 : 잠금을 수행하는 중간 단계를 생성

동기화하는 부분을 작게 만들어라

같은 락으로 감싼 모든 영역은 한 번에 한 스레드만 실행이 가능
락은 스레드를 지연시키고 부하를 가중시키므로, 남발하면 안 됨
또한 코드를 짤 땐 임계영역 수를 최대한 줄이기
-> 그렇다고 임계영역 하나로 구현하기 위해 임계영역 크기를 키우면 스레드 간에 경쟁이 늘어나고 프로그램 성능이 떨어짐.

올바른 종료 코드는 구현하기 어렵다

깔끔하게 종료하는 코드는 올바로 구현하기 어려움(데드락 발생 가능성 높음)
=> 깔끔하게 종료하는 다중 스레드 코드를 짜야 한다면 시간을 투자하고, 이미 나온 알고리즘을 검토하기

스레드 코드 테스트하기

문제를 노출하는 테스트 케이스를 작성하고, 프로그램 설정과 시스템 설정과 부하를 바꿔가며 자주 돌려야 함. 테스트가 실패하면 원인을 추적하기