ConcurrentHashMap 동시성 처리 완벽 이해하기

ConcurrentHashMap 동시성 처리 완벽 이해하기

이전 글에서:

• HashMap
• synchronized
• CAS
• Atomic
• Thread-safe Collection

을 배웠다.

이번에는 면접에서 정말 자주 나오는:

ConcurrentHashMap은 어떻게 Thread-Safe를 보장하나요?

를 설명한다.

특히 중급 이상 면접에서는:

HashMap과 ConcurrentHashMap 차이
ConcurrentHashMap 내부 구조
CAS 사용 위치
synchronized 사용 위치

 

까지 자주 물어본다.

---

1. HashMap부터 다시 보자

 

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

 

---

put()

 

map.put("A", "1");

 

---

동작.

Hash 계산
 ↓
Bucket 찾기
 ↓
Node 추가

 

---

2. 문제

Thread A

 

map.put("A", "1");

 

---

Thread B

 

map.put("B", "2");

 

---

동시에 실행.

---

3. 위험

Node 연결 깨짐

데이터 유실

조회 오류

 

가능.

---

4. 그래서 예전에는

Hashtable 사용.

---

 

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

 

---

5. 내부

 

public synchronized V put(...)

 

---

모든 메서드.

synchronized

 

---

6. 문제

Thread A

 

put()

 

---

Thread B

 

get()

 

---

Thread C

 

remove()

 

---

전부 대기.

---

7. 결과

동시성 낮음

 

---

성능 나쁨.

---

8. 그래서 등장

ConcurrentHashMap

---

9. 목표

Thread-Safe

+

고성능

 

---

둘 다 달성.

---

10. JDK 7 구조

예전 구조.

---

ConcurrentHashMap

 ├─ Segment1
 ├─ Segment2
 ├─ Segment3
 └─ Segment4

 

---

11. Segment란?

작은 HashMap.

---

각 Segment가

 

ReentrantLock

 

보유.

---

12. 장점

Segment1 Lock

↓

Segment2 영향 없음

 

---

부분 Lock 가능.

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13. 하지만

JDK 8부터 제거.

---

현재는 완전히 다른 구조.

---

14. JDK 8 구조

현재 기준.

---

Node[]

 

기반.

---

HashMap과 비슷.

---

 

transient volatile Node<K,V>[] table;

 

---

15. 핵심

면접 단골.

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JDK 8 ConcurrentHashMap

CAS

+

synchronized

 

조합.

16. 왜 둘 다 사용할까?

CAS만 사용하면

경쟁 심할 때 비효율.

---

synchronized만 사용하면

성능 나쁨.

---

그래서 혼합.

---

17. put() 흐름

매우 중요.

---

예:

 

map.put("A", "1");

 

---

18. Bucket 비어 있음

table[5]

↓

null

 

---

19. 이 경우

CAS 사용.

---

null

↓

새 Node

 

---

원자적으로 삽입.

---

20. Lock 없음

CAS 성공

↓

끝

 

---

매우 빠름.

---

21. Bucket 이미 존재

예:

table[5]

↓

Node 존재

 

---

22. 이 경우

 

synchronized(firstNode)

 

사용.

---

23. 왜?

연결 리스트 수정 필요.

---

Node 연결

Tree 변환

값 변경

 

---

복합 작업.

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CAS만으로 어려움.

---

24. 중요한 특징

전체 Lock 안 함.

---

Bucket 하나만 Lock

 

---

25. 그림

Bucket1
Bucket2
Bucket3
Bucket4

 

---

Thread A

Bucket1 수정

 

---

Thread B

Bucket4 수정

 

---

동시 수행 가능.

---

26. 그래서 빠름

Hashtable

전체 Lock

 

---

ConcurrentHashMap

부분 Lock

 

---

27. get()은?

엄청 중요.

---

대부분

Lock 없음

 

---

28. 왜 가능?

Node 필드.

---

 

volatile V value;

 

---

 

volatile Node next;

 

---

가시성 보장.

---

29. 그래서

 

map.get(...)

 

는

거의 Lock-Free.

---

30. resize 문제

HashMap에서 가장 위험한 부분.

---

배열 확장.

16

↓

32

 

---

31. ConcurrentHashMap

resize도 병렬 처리.

---

Thread 여러 개가

데이터 재배치

 

도움.

---

32. TreeBin 등장

HashMap 글 기억.

---

JDK 8부터.

충돌 많음

 

---

LinkedList

↓

Red-Black Tree

변환.

---

33. ConcurrentHashMap도 동일

Node
 ↓
TreeNode

 

변환.

---

34. 기준

8개 이상 충돌

 

---

트리화.

---

35. TreeBin

트리 관리 객체.

---

내부에서

Lock

 

관리.

---

36. size() 문제

생각보다 어려움.

---

예:

 

map.size();

 

---

동시에

 

put()
remove()

 

중.

---

정확한가?

---

37. 해결

내부 Counter 사용.

---

CAS 기반.

---

필요 시 재계산.

---

38. computeIfAbsent()

실무 중요.

---

예:

 

cache.computeIfAbsent(
    key,
    k -> loadData(k)
);

 

---

39. 의미

없으면 생성

있으면 반환

 

---

Thread-Safe.

---

40. 실무에서 많이 사용

캐시.

---

 

ConcurrentHashMap

 

 

computeIfAbsent()

 

조합.

---

41. 내부 구조 그림

ConcurrentHashMap

table[]

 ├─ Bucket1
 ├─ Bucket2
 ├─ Bucket3
 └─ Bucket4

Bucket 수정

↓

CAS

또는

synchronized

 

---

42. HashMap vs Hashtable vs ConcurrentHashMap

항목HashMapHashtableConcurrentHashMap

Thread-Safe	X	O	O
전체 Lock	X	O	X
CAS	X	X	O
부분 Lock	X	X	O
성능	좋음	나쁨	매우 좋음

---

43. 면접 단골 질문

Q. ConcurrentHashMap은 Thread-Safe인가?

예

 

---

Q. JDK 8 이후 내부 구조는?

CAS + synchronized

 

---

Q. get()은 Lock을 사용하는가?

대부분 사용 안 함

 

---

Q. put()은 언제 synchronized 사용?

Bucket 충돌 시

 

---

Q. 왜 Hashtable보다 빠른가?

전체 Lock 안 함

Bucket 단위 Lock

 

---

Q. computeIfAbsent() 장점은?

생성과 조회를
원자적으로 수행

 

---

44. 실무 예시

Spring 서비스 캐시.

 

private final Map<Long, User> cache =
        new ConcurrentHashMap<>();

 

---

 

public User getUser(Long id) {

    return cache.computeIfAbsent(
        id,
        userRepository::findById
    );
}

 

---

멀티스레드에서도 안전.

---

45. 지금까지 흐름 연결

synchronized
 ↓

volatile
 ↓

CAS
 ↓

Atomic
 ↓

Thread-safe Collection
 ↓

ConcurrentHashMap

 

---

사실상 지금까지 배운 동시성 기술이 전부 들어가 있다.

---

46. 핵심 흐름 요약

put()

↓

Bucket 비어 있음

↓

CAS

----------------

Bucket 사용 중

↓

synchronized

----------------

get()

↓

volatile 읽기

↓

Lock 없음

 

---

47. 가장 중요한 핵심 한 줄

ConcurrentHashMap은 JDK 8 기준으로 CAS와 Bucket 단위 synchronized를 조합하여 Thread-Safe를 보장하면서도 높은 동시성을 제공하는 고성능 Map 구현체이다.

 

---

48. 다음 글 예고

다음 글은:

병렬 Stream(parallelStream) 주의점

이다.

많은 개발자가:

 

stream()

 

을

 

parallelStream()

 

으로 바꾸면 무조건 빨라질 거라고 생각하지만,

실제로는 성능이 더 나빠지는 경우가 많다.

여기서:

• ForkJoinPool
• CPU Bound
• I/O Bound
• Thread Safety
• 순서 보장 문제

까지 모두 연결된다.