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동기/비동기

작업의 처리 순서와 흐름을 결정하는 중요한 개념으로, 멀티 스레드 환경이나 네트워크 통신에서 두 방식의 차이는 시스템의 성능과 안정성에 큰 영향을 미친다.

동기화

동기화(Synchronization)는 작업 요청과 결과가 순서대로 일치하여 처리되는 방식이다. 현재 진행 중인 작업이 완료될 때까지 다음 작업은 반드시 대기한다.

자바에서 멀티 스레드 환경에서 임계 영역의 동기화를 보장하기 위해 synchronized 키워드를 사용한다. 특정 코드 블록이나 메소드에 잠금(Lock)을 걸어 오직 하나의 스레드만이 해당 영역에 접근하도록 제한한다.

• 메소드 단위: 메소드 선언부에 synchronized 키워드를 붙이면 메소드 전체가 잠금된다.

• 블록 단위: 특정 코드 블록을 잠글 수 있다.

잠금이 걸리는 임계 영역은 작을 수록 다른 스레드의 대기 시간을 줄여 성능 저하를 최소화할 수 있어 블록 단위 활용이 일반적으로 더 효율적이다.

class User {
  private int userNo = 0;

  // synchronized 키워드 적용: 이 메소드 전체에 잠금을 건다.
  public synchronized void add(String name) {
    System.out.println(name + " : " + ++userNo);
  }
}

// 결과: A: 0번째 사용 -> B: 1번째 사용 -> ...  순서대로 userNo 변수의 값 증가가 보장된다.

비동기화

비동기화(Asynchronization)는 작업 요청 후 결과가 돌아오기를 기다리지 않고 다음 작업을 즉시 실행하는 방식이다.

비동기 방식은 속도가 빠르지만, 여러 스레드가 공유 자원에 동시에 접근하여 데이터를 변경할 경우 경쟁 상태(Race Condition)가 발생하여 데이터의 일관성 및 무결성이 깨질 수 있다.

class User {
  private int userNo = 0;

  // synchronized 키워드 미적용(비동기 접근 허용)
  public void add(String name) {
    // 임계 구역: userNo 변수를 읽고 1 증가시킨 후, 출력하는 3단계가 분리되며, 이 사이에 다른 스레드가 userNo 변수를 변경할 수 있다.
    System.out.println(name + " : " + ++userNo);
  }
}

/* 결과 예시: 
A : 0번째 사용
B : 1번째 사용
C : 2번째 사용
A : 3번째 사용
C : 5번째 사용 <- B가 4를 출력해야 할 시점에 C가 5를 출력하는 등 순서가 꼬일 수 있다.
B : 4번째 사용 
*/

동기화/비동기화의 선택 기준

두 방식은 트레이드 오프(Trade-Off) 관계에 있다. 따라서 시스템 설계 목표에 따라 적절한 방식을 선택해야 한다.

비동기 방식을 사용하되, 공유 자원에 접근하는 일부분(임계 영역)에만 synchronized 키워드나 Lock 객체를 사용하여 부분적인 동기화를 적용하는 것이 일반적이고 효율적인 방식이다.