☕ Java Deep Dive

NOTE

자바 멀티스레딩 & 동시성 완전 정복. 단순 문법 암기가 아닌 “동시성 문제가 왜 생겼고 → 자바는 어떻게 진화했으며 → 실무에서는 무엇을 써야 하는가”를 하나의 흐름으로 이해한다.

📌 개념

1. 프로세스와 스레드 (Why Thread?)

프로세스 vs 스레드

• 프로세스: OS 자원 단위 (메모리 독립)
• 스레드: 프로세스 내부 실행 단위 (메모리 공유)

📌 멀티스레드의 본질

“자원을 공유하면서 동시에 실행한다” → 성능 ↑ → 동시성 문제 필연 발생

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2. 스레드 생성과 실행 책임 분리

Runnable vs Thread

자바에서 가장 중요한 원칙:

“일(Runnable)과 일꾼(Thread)을 분리하라”

public class HelloRunnable implements Runnable {
    @Override
    public void run() {
        System.out.println(Thread.currentThread().getName());
    }
}
 
public static void main(String[] args) {
    Thread t = new Thread(new HelloRunnable());
    t.start(); // run() 직접 호출 ❌
}

• run() → 일반 메서드 호출
• start() → 새 스택 생성 + 병렬 실행

📌 실무 결론

Thread 상속 ❌ Runnable / Callable 사용 ⭕

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3. 스레드 생명주기와 상태 전이

Thread 상태 (중요)

상태	의미
NEW	생성
RUNNABLE	실행 가능
BLOCKED	락 대기
WAITING	조건 대기
TIMED_WAITING	시간 대기
TERMINATED	종료

핵심 구분

• BLOCKED: synchronized 락 기다림 (락 반납 ❌)
• WAITING: wait(), join() (락 반납 ⭕)

📌 면접 포인트

wait()는 락을 반납하지만, BLOCKED는 반납하지 않는다.

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4. 실행 순서 제어 – join()

thread.start();
thread.join(); // 종료까지 대기

왜 필요할까?

• 비동기 결과 필요
• 작업 순서 보장

📌 join 없으면 결과 출력 전에 main 종료 가능

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5. 메모리 가시성 문제 (volatile)

문제

CPU 캐시로 인해:

• 한 스레드의 변경값을
• 다른 스레드가 못 보는 현상

volatile boolean running = true;

volatile 의미:

“이 변수는 항상 메인 메모리에서 읽고 써라”

📌 주의

• volatile ❌ 원자성 보장
• volatile ⭕ 가시성만 보장

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6. 상호 배제 – synchronized

public synchronized void withdraw(int amount) {
    if (balance >= amount) {
        balance -= amount;
    }
}

의미:

• 임계 영역
• 한 번에 한 스레드

문제:

• 락 범위 큼
• 성능 저하
• 유연성 부족

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7. 잘못된 해결 – Busy Waiting ❌

while(queue.isEmpty()) {
    Thread.sleep(100);
}

❌ 문제점

• CPU 낭비
• 응답 지연
• 정확한 시점 알 수 없음

📌 교훈

“자면서 확인하지 말고, 깨워달라고 요청하라”

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8. 1세대 협력 – wait / notify

synchronized(lock) {
    while(condition) {
        lock.wait(); // 락 반납
    }
    lock.notifyAll();
}

한계

• wait set 하나
• notifyAll → 모두 깨움
• 생산자/소비자 구분 불가

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9. 2세대 협력 – Lock & Condition

Lock lock = new ReentrantLock();
Condition producer = lock.newCondition();
Condition consumer = lock.newCondition();

장점:

• 대기 공간 분리
• 정확한 대상만 signal

producer.await();
consumer.signal();

📌 핵심 문장

Condition을 썼는데 signalAll을 쓴다? → 설계 실패

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🔟 CAS와 Atomic (락 없는 동기화)

AtomicInteger count = new AtomicInteger(0);
count.incrementAndGet();

• CPU 하드웨어 CAS
• 실패 시 재시도
• 락 없음

📌 사용처

• 카운터
• 통계
• 단순 상태 값

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1.1. 동시성 컬렉션 (재발명 금지)

자료구조	사용 금지	사용 권장
Map	HashMap	ConcurrentHashMap
List	ArrayList	CopyOnWriteArrayList
Queue	LinkedList	BlockingQueue

📌 BlockingQueue

wait / notify / Condition의 최종 진화형

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1.2. 왜 스레드 풀인가?

문제

new Thread(task); // 요청마다 생성 ❌

• 생성 비용 큼
• OOM 위험

해결

미리 생성 + 재사용

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1.3. ThreadPoolExecutor 동작 원리 (중요)

처리 순서

1. core 스레드 생성
2. 큐 적재
3. 큐 초과 → max 스레드 생성
4. max 초과 → 거절

📌 LinkedBlockingQueue(무한)

→ maxPoolSize 절대 안 씀

→ 실무 최악 실수

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1.4. 스레드 풀 전략

고정 풀

• 안정적
• 큐 무한 → 지연 위험

캐시 풀

• 빠름
• 스레드 무한 → 장애 위험

실무 추천 (커스텀)

new ThreadPoolExecutor(
    100, 200, 60, TimeUnit.SECONDS,
    new ArrayBlockingQueue<>(1000),
    new ThreadPoolExecutor.CallerRunsPolicy()
);

일반 → 긴급 → 거절

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1.5. 거절 정책 (Backpressure)

정책	설명
AbortPolicy	예외
DiscardPolicy	조용히 버림
CallerRunsPolicy	요청자가 직접 실행

📌 CallerRunsPolicy = 자연스러운 트래픽 제어

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1.6. Executor 우아한 종료 (Graceful Shutdown)

es.shutdown();
if(!es.awaitTermination(10, SECONDS)) {
    es.shutdownNow();
}

• shutdown(): 신규 차단
• awaitTermination(): 대기
• shutdownNow(): 인터럽트

📌 close() (Java 19+)

shutdown + 무한 대기 → 필요시 shutdownNow

관련 문서

• (학습/프레임워크/Spring Framework) JAVA 정리 — 이 멀티스레딩/동시성 노트를 Java 고급 1편 요약으로 압축해 담은 통합 정리 노트