Atomic 클래스 (AtomicInteger, AtomicLong 등) 완벽 이해하기

Atomic 클래스 (AtomicInteger, AtomicLong 등) 완벽 이해하기

이전 글에서:

• synchronized
• volatile
• CAS(Compare And Swap)

를 배웠습니다.

이번에는 CAS를 실제 Java에서 사용할 수 있도록 만든:

Atomic 클래스

를 알아보겠습니다.

실무에서는 의외로 정말 많이 사용합니다.

특히:

 

조회수 증가
캐시 카운터
순번 생성
통계 수집
동시 접속자 수

 

같은 곳에서 자주 등장합니다.

---

1. Atomic 클래스란?

한 줄 정의.

CAS 기반으로 동작하는 Thread-Safe 클래스

 

입니다.

---

2. 대표 클래스

가장 많이 사용하는 것들.

 

AtomicInteger
AtomicLong
AtomicBoolean
AtomicReference<T>

 

---

3. 왜 등장했을까?

문제 코드.

 

private int count = 0;

public void increase() {

    count++;
}

 

---

멀티스레드 환경.

 

100개 Thread

 

동시 실행.

---

결과

100000 예상

↓

98231

 

가능.

---

4. synchronized 사용

 

public synchronized void increase() {

    count++;
}

 

---

문제 해결.

---

하지만

Lock 획득
대기
Context Switch

 

비용 존재.

---

5. Atomic 등장

 

private AtomicInteger count =
        new AtomicInteger();

 

---

증가

 

count.incrementAndGet();

 

---

6. 결과

Thread-Safe

 

보장.

---

7. 내부 원리

매우 중요.

AtomicInteger는

 

synchronized

 

를 사용하지 않는다.

---

실제로는

volatile
+
CAS

 

조합.

---

8. 내부 구조

개념적으로

 

public class AtomicInteger {

    private volatile int value;
}

 

---

9. 왜 volatile?

가시성 보장.

---

Thread A 수정.

↓

Thread B 즉시 확인 가능.

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10. 왜 CAS?

원자성 보장.

---

예:

 

incrementAndGet()

 

내부.

---

11. 개념 코드

 

for (;;) {

    int current = value;

    int next = current + 1;

    if (CAS(current, next)) {

        return next;
    }
}

 

---

12. 의미

현재값 읽기
 ↓
+1
 ↓
CAS 시도
 ↓
성공 → 종료

실패 → 다시

 

---

13. Lock-Free

Atomic의 가장 큰 특징.

락 사용 안 함

 

---

14. 그래서 빠름

synchronized

Lock
 ↓
Context Switch

 

---

Atomic

CAS
 ↓
끝

 

---

15. 가장 많이 쓰는 메서드

---

get()

조회.

 

count.get();

 

---

set()

설정.

 

count.set(10);

 

---

incrementAndGet()

증가 후 반환.

 

int value =
        count.incrementAndGet();

 

---

getAndIncrement()

반환 후 증가.

 

int value =
        count.getAndIncrement();

 

---

16. 차이

 

AtomicInteger count =
        new AtomicInteger(10);

 

---

 

count.incrementAndGet();

 

결과

11 반환

 

---

 

count.getAndIncrement();

 

결과

10 반환

 

---

이후 값

11

 

---

17. decrementAndGet()

감소.

 

count.decrementAndGet();

 

---

18. addAndGet()

더하기.

 

count.addAndGet(100);

 

---

19. compareAndSet()

매우 중요.

CAS 직접 사용.

---

 

count.compareAndSet(
        10,
        20
);

 

---

의미

현재값이 10이면

20으로 변경

 

---

20. 성공 여부 반환

 

boolean success =
    count.compareAndSet(
        10,
        20
    );

 

---

21. 실무 예제

조회수 증가.

 

private AtomicLong viewCount =
        new AtomicLong();

 

---

 

viewCount.incrementAndGet();

 

---

22. 접속자 수

 

private AtomicInteger userCount =
        new AtomicInteger();

 

---

로그인.

 

userCount.incrementAndGet();

 

---

로그아웃.

 

userCount.decrementAndGet();

 

---

23. 순번 생성기

 

private AtomicLong sequence =
        new AtomicLong();

 

---

 

long nextId =
    sequence.incrementAndGet();

 

---

24. AtomicBoolean

상태 관리.

---

 

AtomicBoolean running =
        new AtomicBoolean();

 

---

실행 중인지 확인.

 

running.get();

 

---

25. compareAndSet 활용

예:

 

if (running.compareAndSet(
        false,
        true
)) {

    start();
}

 

---

의미

실행 중이 아닐 때만 시작

 

---

26. AtomicReference

객체 참조용.

---

 

AtomicReference<User>

 

---

예:

 

AtomicReference<User> user =
    new AtomicReference<>();

 

---

27. 왜 필요할까?

객체 교체도 CAS 가능.

---

 

user.compareAndSet(
    oldUser,
    newUser
);

 

---

28. synchronized보다 무조건 좋을까?

아니다.

---

매우 중요.

---

29. Atomic이 좋은 경우

단일 변수

 

---

간단한 증가 감소

 

---

카운터

 

---

30. Atomic이 안 좋은 경우

복합 연산.

---

예:

 

if(count.get() < 100) {

    count.incrementAndGet();
}

 

---

31. 문제

Thread A

99 읽음

 

---

Thread B

99 읽음

 

---

둘 다 증가.

---

결과

101

 

가능.

---

32. 왜?

두 연산.

조회

+

증가

 

---

원자적이지 않음.

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33. 이 경우

 

synchronized

 

또는

 

ReentrantLock

 

필요.

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34. Atomic 클래스의 한계

Atomic은

변수 하나

 

를 안전하게 만들 뿐.

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비즈니스 로직 전체를 보호하지 못함.

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35. LongAdder 등장

실무 고급 주제.

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예:

 

AtomicLong

 

에

1000개 Thread가 동시 접근.

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CAS 실패 많아짐.

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36. 해결

LongAdder

---

37. LongAdder 특징

내부 카운터를 여러 개 둠.

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예:

Cell1
Cell2
Cell3
Cell4

 

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각 Thread 분산 증가.

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마지막 합산.

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38. 경쟁 심할 때

LongAdder

 

가

AtomicLong

 

보다 빠를 수 있음.

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39. 면접 단골 질문

Q. AtomicInteger는 어떻게 구현되나요?

volatile
+
CAS

 

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Q. synchronized를 사용하나요?

아니오

 

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Q. compareAndSet은 무엇인가요?

CAS 직접 수행

 

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Q. AtomicInteger는 Thread-Safe인가요?

단일 변수에 대해 Yes

 

---

Q. AtomicInteger로 모든 동시성 문제 해결 가능한가요?

아니오

 

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40. AtomicInteger vs synchronized

항목	AtomicInteger	synchronized
Lock	X	O
CAS	O	X
Context Switch	X	O
단순 카운터	좋음	가능
복합 로직	어려움	가능

---

41. 실무 사용 빈도

생각보다 많음.

대표:

조회수
접속자 수
통계
캐시
Rate Limiter
Sequence

 

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42. 핵심 흐름 요약

volatile
 ↓
Visibility 보장

CAS
 ↓
Atomicity 보장

AtomicInteger
 ↓
Lock-Free Thread-Safe

 

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43. 가장 중요한 핵심 한 줄

Atomic 클래스는 volatile과 CAS를 이용하여 락 없이(Lock-Free) 단일 변수의 원자적 연산을 제공하는 Java 동시성 유틸리티이다.

 

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44. 다음 글 예고

다음 글은:

Thread-safe 컬렉션

입니다.

여기서:

Vector
Collections.synchronizedList
CopyOnWriteArrayList
ConcurrentHashMap

 

이 왜 등장했는지,

일반 ArrayList/HashMap을 멀티스레드에서 쓰면 어떤 문제가 발생하는지부터 설명하게 됩니다.