[Thread] Atomic, volatile, synchronized 성능 비교

원자적 연산

원자적 연산은 중단되지 않고, 다른 연산과 간섭 없이 완전히 실행되거나 전혀 실행되지 않는 성질을 가지고 있다. 멀티 스레드 상황에서 다른 스레드의 간섭 없이 안전하게 처리되는 연산이라는 뜻이다.

volatile int i = 0;

// 원자적 연산 -> 여러 스레드가 접근해도 i에 값만 할당하니까 문제 없다.
i = 1;
// 원자적 연산이 아니다 -> 여러 스레드가 동시에 접근하면 문제가 생길 수 있다.
i = i + 1; 

Java에서 제공하는 Atomic 객체 성능 비교

• BasicInteger -> 아무 키워드, 아무것도 사용하지 않고 int값을 증가 시킨다.

• VolatileInteger -> 메모리 가시성을 비교 하기 위해 int 변수에 Volatile 키워드만 추가하고 int 값을 증가시킨다.

• SyncInteger -> increment, get 메서드에 Synchronized 키워드를 사용해서 동기화 시킨 상태에서 int 값을 증가 시킨다.

• BasicAtomicInteger -> Java에서 제공하는 AtomicInteger를 사용해서 int값을 증가시킨다.

  public class IncrementThreadMain {
    public static final int THREAD_COUNT = 1000;
  
    public static void main(String[] args) throws InterruptedException {
        test(new BasicInteger());
        test(new VolatileInteger());
        test(new SyncInteger());
        test(new BasicAtomicInteger());
    }
  
    private static void test(IncrementInteger incrementInteger) throws InterruptedException {
        Runnable runnable = new Runnable() {
            @Override
            public void run() {
                sleep(10);
                incrementInteger.increment();
            }
        };
        List<Thread> threads = new ArrayList<>();
        for (int i = 0; i < THREAD_COUNT; i++) {
            Thread thread = new Thread(runnable);
            threads.add(thread);
            thread.start();
        }
  
        for (Thread thread : threads) {
            thread.join();
        }
  
        int result = incrementInteger.get();
        System.out.println(incrementInteger.getClass().getSimpleName() + " result: " + result);
  
    }
  }

  위 코드는 1억번을 단순하게 증가시키는 메서드이다. 각 인스턴스의 메서드를 호출하고 join으로 결과를 대기한 후 아래에서 걸린 시간을 출력한다.
  코드 실행 결과는 다음과 같다

  BasicInteger: ms=10
  VolatileInteger: ms=694
  SyncInteger: ms=1332
  BasicAtomicInteger: ms=704

1. BasicInteger : CPU 캐시를 사용하기 때문에 가장 빠르지만, 단일 스레드가 아닌 멀티 스레드 환경 기준이기 때문에 가시성 문제가 생긴다.
2. VolatileInteger : 임계 영역이 없기 때문에 멀티 스레드 상황에서는 사용할 수 없다, 그렇다고 단일 스레드 환경에서는 BasicInteger 보다 성능이 나오지 않는다.
3. SyncInteger : 임계 영역에서 사용하고 동기화해서 멀티 스레드에서 사용할 수 있다. 하지만 AtomicInteger 보다 성능이 느리다.
4. BasicAtomicInteger : 멀티 스레드에서 안전하게 사용 가능하고, 성능도 synchronized를 사용하는 것보다 거의 2배정도 빠르다.

Atomic 객체를 사용하는게 Synchronized 보다 성능이 빠른 이유는 Atomic 객체는 lock을 사용하지 않고 원자적 연산을 만들어 내기 때문이다.