Thread-safe 컬렉션 완벽 이해하기

Thread-safe 컬렉션 완벽 이해하기

이전 글에서:

• synchronized
• volatile
• CAS
• AtomicInteger

를 배웠습니다.

그런데 실무에서는 숫자 하나만 공유하는 경우보다

 

List
Map
Set

 

같은 컬렉션을 여러 스레드가 동시에 사용하는 경우가 훨씬 많습니다.

문제는:

 

ArrayList
HashMap
HashSet

 

은 기본적으로

Thread-Safe 하지 않다.

 

입니다.

---

1. Thread-Safe란?

한 줄 정의.

여러 Thread가 동시에 접근해도
데이터가 깨지지 않는 것

 

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2. ArrayList 예제

 

List<Integer> list =
        new ArrayList<>();

 

---

Thread A

 

list.add(1);

 

---

Thread B

 

list.add(2);

 

---

동시에 실행.

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3. 문제

ArrayList 내부.

 

elementData[size] = value;
size++;

 

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실제로는 여러 단계.

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4. Race Condition 발생

예:

size=5

 

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Thread A

size 읽음
=5

 

---

Thread B

size 읽음
=5

 

---

Thread A

5번 인덱스 저장

 

---

Thread B

5번 인덱스 저장

 

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결과

데이터 유실

 

가능.

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5. HashMap도 위험

예:

 

Map<String, String> map =
        new HashMap<>();

 

---

여러 Thread가

 

put()

 

동시 실행.

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6. 실제 문제

예전 JDK 7 시절에는

무한 루프

 

까지 발생 가능.

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지금도

데이터 손실

 

읽기 오류

 

가능.

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7. 그래서 등장

Thread-safe 컬렉션.

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대표적으로:

 

Vector

Collections.synchronizedList()

CopyOnWriteArrayList

ConcurrentHashMap

ConcurrentLinkedQueue

 

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8. 첫 번째: Vector

옛날 Java.

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Vector<String> vector =
        new Vector<>();

 

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9. 내부

사실상

 

public synchronized boolean add(...)

 

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모든 메서드에

 

synchronized

 

적용.

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10. 장점

안전.

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11. 단점

느림.

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모든 연산.

Lock
 ↓
실행
 ↓
Unlock

 

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12. 그래서 실무

거의 안 씀.

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13. Collections.synchronizedList

기존 List 감싸기.

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List<String> list =
    Collections.synchronizedList(
        new ArrayList<>()
    );

 

---

14. 내부 구조

 

synchronized(lock) {

}

 

로 감싸는 Wrapper.

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15. 장점

간단.

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16. 단점

Vector와 비슷.

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모든 연산 Lock.

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17. 반복문 문제

매우 중요.

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for(String s : list) {

}

 

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이건 안전할까?

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18. 정답

아니다.

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19. 공식 문서 권장

 

synchronized(list) {

    Iterator<String> it =
        list.iterator();

    while(it.hasNext()) {

    }
}

 

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반복 전체를 Lock 해야 함.

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20. 그래서 등장

CopyOnWriteArrayList.

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21. CopyOnWriteArrayList란?

CopyOnWriteArrayList

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이름 그대로.

쓰기 시 복사

 

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22. 동작 방식

현재 배열.

[A B C]

 

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add(D)

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새 배열 생성.

[A B C D]

 

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교체.

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23. 장점

읽기 매우 빠름.

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락 거의 없음.

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24. 반복 중 수정 가능

 

for(...) {

}

 

중에도

 

list.add(...)

 

가능.

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예외 안 남.

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25. 단점

쓰기 비쌈.

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추가할 때마다.

배열 복사

 

발생.

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26. 언제 사용?

읽기 99%
쓰기 1%

 

환경.

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예:

설정값
캐시 목록
리스너 목록

 

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27. ConcurrentHashMap 등장

실무 최강.

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ConcurrentHashMap

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28. 왜 등장?

HashMap

빠름

 

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하지만

Thread-Safe 아님

 

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Hashtable

안전

 

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하지만

너무 느림

 

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중간 해법.

ConcurrentHashMap

 

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29. 사용

 

Map<String, String> map =
    new ConcurrentHashMap<>();

 

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30. JDK 7 구조

예전에는.

Segment

 

기반.

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Map
 ├─ Segment1
 ├─ Segment2
 ├─ Segment3

 

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부분 Lock.

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31. JDK 8 이후

현재 구조.

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CAS
+
synchronized

 

조합.

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32. 핵심 아이디어

전체 Lock 안 함.

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필요한 Bucket만 Lock.

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33. 장점

동시성 매우 좋음.

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읽기 대부분 Lock 없음.

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34. put()

경쟁 없으면

CAS

 

사용.

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경쟁 심하면

synchronized

 

사용.

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35. 그래서 빠름

HashTable보다 훨씬 빠름.

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36. 실무 표준

멀티스레드 Map.

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대부분

 

ConcurrentHashMap

 

사용.

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37. ConcurrentLinkedQueue

큐 버전.

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ConcurrentLinkedQueue

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38. 특징

Lock-Free.

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내부적으로

CAS

 

사용.

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39. 사용

 

Queue<String> queue =
        new ConcurrentLinkedQueue<>();

 

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40. BlockingQueue

실무 중요.

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대표:

 

LinkedBlockingQueue
ArrayBlockingQueue

 

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41. 특징

데이터 없으면.

자동 대기

 

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생산자-소비자 패턴.

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Producer
 ↓
Queue
 ↓
Consumer

 

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42. Thread-safe 컬렉션 비교

컬렉션	Thread-Safe	특징
ArrayList	X	일반
HashMap	X	일반
Vector	O	전체 Lock
synchronizedList	O	Wrapper
CopyOnWriteArrayList	O	읽기 최적화
ConcurrentHashMap	O	실무 표준
ConcurrentLinkedQueue	O	Lock-Free

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43. 실무 사용 빈도

압도적.

ConcurrentHashMap

 

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그 다음.

CopyOnWriteArrayList

 

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BlockingQueue

 

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44. 면접 단골 질문

Q. HashMap은 Thread-Safe인가?

아니오

 

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Q. Vector는 왜 잘 안 쓰나요?

모든 연산 Lock

 

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Q. ConcurrentHashMap은 어떻게 빠른가요?

전체 Lock 안 함

CAS + 부분 Lock 사용

 

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Q. CopyOnWriteArrayList 특징은?

읽기 빠름

쓰기 느림

 

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Q. 실무에서 Thread-Safe Map은?

 

ConcurrentHashMap

 

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45. 핵심 흐름 요약

ArrayList
HashMap

↓

멀티스레드 문제

↓

Vector
synchronizedList

↓

성능 문제

↓

CAS 기반

ConcurrentHashMap
CopyOnWriteArrayList
ConcurrentLinkedQueue

 

---

46. 가장 중요한 핵심 한 줄

Thread-safe 컬렉션은 여러 스레드가 동시에 접근해도 데이터 무결성을 보장하는 컬렉션이며, 실무에서는 ConcurrentHashMap이 가장 널리 사용된다.

 

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47. 다음 글 예고

다음 글은:

ExecutorService

입니다.

여기서부터는:

 

new Thread(...)

 

를 실무에서 거의 안 쓰는 이유,

그리고

ThreadPool
↓
ExecutorService
↓
Future
↓
CompletableFuture

 

로 이어지는 현대 Java 동시성의 핵심 구조를 배우게 됩니다.