[Book] Clean Code: 13 동시성

클린 코드

애자일 소프트웨어 장인 정신

저자: 로버트 C. 마틴

13. 동시성

객체는 처리의 추상화다. 스레드는 일정의 추상화다.

• 제임스 O. 코플리엔

동시에 여러 스레드를 돌리는 이유를 논한다. 어려움도 논한다.

동시성이 필요한 이유?

동시성은 결합coupling을 없애는 전략이다. 즉, 무엇what과 언제when를 분리하는 전략이다. 스레드가 하나인 프로그램은 무엇과 언제가 서로 밀접하다. 무엇과 언제를 분리하면 애플리케이션 구조와 효율이 극적으로 나아진다. 구조적인 관점에서 프로그램은 거대한 루프 하나가 아니라 작은 협력 프로그램 여럿으로 보인다.

미신과 오해

오해

• 동시성은 항상 성능을 높여준다.
• 동시성을 구현해도 설계는 변하지 않는다.

타당한 생각

• 동시성은 다소 부하를 유발한다.
• 동시성은 복잡하다.
• 일반적으로 동시성 버그는 재현하기 어렵다.
• 동시성을 구현하려면 흔히 근본적인 설계 전략을 재고해야 한다.

난관

두 스레드가 같은 변수를 동시에 참조하면 대부분 올바른 결과를 내놓다가도 일부 잘못된 결과를 내놓은다.

동시성 방어 원칙

단일 책임 원칙Single Responsibility Principle, SRP

동시성 코드는 다른 코드와 분리하라.

따름 정리corollary: 자료 범위를 제한하라

자료를 캡슐화 하라. 공유 자료를 최대한 줄여라

따름 정리: 자료 사본을 사용하라

사본으로 동기화를 피할 수 있다면 내부 잠금을 없애 절약한 수행 시간이 사본 생성과 가비지 컬렉션에 드는 부하를 상쇄할 가능성이 크다.

따름 정리: 스레드는 가능한 독립적으로 구현하라

독자적인 스레드로, 가능하면 다른 프로세서에서, 돌려도 괜찮도록 자료를 독립적인 단위로 분할하라.

라이브러리를 이해하라

• 스레드 환경에 안전한 라이브러리를 사용하라

스레드 환경에 안전한 컬렉션

실행 모델을 이해하라

생산자-소비자Producer-Consumer

하나 이상 생산자 스레드가 정보를 생성해 버퍼buffer나 대기열queue에 넣는다. 하나 이상의 소비자 스레드가 대기열에서 정보를 가져와 사용한다. 생산자 스레드와 소비자 스레드가 둘 다 진행 가능함에도 불구하고 동시에 서로에게서 시그널을 기다릴 가능성이 존재한다.

읽기-쓰기Readers-Writers

읽기 스레드의 요구와 쓰기 스레드의 요구를 적절히 만족시켜 처리율도 적당히 높이고 기아도 방지하는 해법이 필요하다.

식사하는 철학자들Dining Philosophers

둥근 식탁의 철학자들이 양쪽 포크를 들고 식사를 할 때 철학자를 스레드로, 포크를 자원으로 바꿔 생각해보라. 주의해서 설계하지 않으면 데드락, 라이브락, 처리율 저하, 효율성 저하 등을 겪는다.

동기화하는 메서드 사이에 존재하는 의존성을 이해하라

공유 객체 하나에는 메서드 하나만 사용하라.

동기화하는 부분을 작게 만들어라

올바른 종료 코드는 구현하기 어렵다

종료 코드를 개발 초기부터 고민하고 동작하게 초기부터 구현하라. 생각보다 오래 걸린다. 생각보다 어려우므로 이미 나온 알고리즘을 검토 하라.

스레드 코드 테스트하기

문제를 노출하는 테스트 케이스를 작성하라. 프로그램 설정과 시스템 설정과 부하를 바꿔가며 자주 돌려라. 테스트가 실패하면 원인을 추적하라. 다시 돌렸더니 통과하더라는 이유로 그냥 넘어가면 절대로 안 된다.

말이 안되는 실패 잠정적인 스레드 문제로 취급하라

시스템 실패를 ‘일회성’이라 치부하지 마라.

다중 스레드를 고려하지 않은 순차 코드부터 제대로 돌게 만들자

스레드 환경 밖에서 생기는 버그와 스레드 환경에서 생기는 버그를 동시에 디버깅하지 마라. 먼저 스레드 환경 밖에서 코드를 올바로 돌려라.

다중 스레드를 쓰는 코드 부분을 다양한 환경에 쉽게 끼워 넣을 수 있게 스레드 코드를 구현하라

다양한 설정에서 실행할 목적으로 다른 환경에 쉽게 끼워 넣을 수 있게 코드를 구현하라.

다중 스레드를 쓰는 코드 부분을 상황에 맞게 조율할 수 있게 작성하라

프로세서 수보다 많은 스레드를 돌려보라

다른 플랫폼에서 돌려보라

처음부터 그리고 자주 모든 목표 플랫폼에서 코드를 돌려라.

코드에 보조 코드instrument를 넣어 돌려라. 강제로 실패를 일으키게 해보라

직접 구현하기

자동화

결론

다중 스레드 코드는 올바로 구현하기 어렵다. SRP를 준수한다. 동시성 오류를 일으키는 잠정적인 원인을 철저히 이해한다. 사용하는 라이브러리와 기본 알고리즘을 이해한다. 보호할 코드 영역을 찾아내는 방법과 특정 코드 영역을 잠그는 방법을 이해 한다.