Java volatile

Java Volatile이란?

• volatile keyword는 Java 변수를 Main Memory에 저장하겠다라는 것을 명시하는 것입니다.
• 매번 변수의 값을 Read할 때마다 CPU cache에 저장된 값이 아닌 Main Memory에서 읽는 것입니다.
• 또한 변수의 값을 Write할 때마다 Main Memory에 까지 작성하는 것입니다.

왜(Why) 필요할까요?

• volatile 변수를 사용하고 있지 않는 MultiThread 어플리케이션에서는 Task를 수행하는 동안 성능 향상을 위해 Main Memory에서 읽은 변수 값을 CPU Cache에 저장하게 됩니다.
• 만약에 Multi Thread환경에서 Thread가 변수 값을 읽어올 때 각각의 CPU Cache에 저장된 값이 다르기 때문에 변수 값 불일치 문제가 발생하게 됩니다.

Example

• SharedObject를 공유하는 두 개의 Thread가 있습니다.
  • Thread-1는 counter 값을 더하고 읽는 연산을 합니다. (Read & Write)
  • Thread-2는 counter 값을 읽기만 합니다.(Only Read)

public class SharedObject {
    public int counter = 0;
}

Thread-1은 counter값을 증가시키고 있지만 CPU Cache에만 반영되어있고 실제로 Main Memory에는 반영이 되지 않았습니다. 그렇기 때문에 Thread-2는 count값을 계속 읽어오지만 0을 가져오는 문제가 발생합니다.

어떻게(How) 해결할까요?

• volatile 키워드를 추가하게 되면 Main Memory에 저장하고 읽어오기 때문에 변수 값 불일치 문제를 해결 할 수 있습니다.

public class SharedObject {
    public volatile int counter = 0;
}

언제(When) Volatile이 적합할까요?

• Multi Thread 환경에서 하나의 Thread만 read & write하고 나머지 Thread가 read하는 상황에서 가장 최신의 값을 보장합니다.

항상 Volatile이 옳을까요?

Example

• Thread-1이 값을 읽어 1을 추가하는 연산을 진행합니다.
  • 추가하는 연산을 했지만 아직 Main Memory에 반영되기 전 상황입니다.
• Thread-2이 값을 읽어 1을 추가하는 연산을 진행합니다.
  • 추가하는 연산을 했지만 아직 Main Memory에 반영되기 전 상황입니다.
• 두 개의 Thread가 1을 추가하는 연산을 하여 최종결과가 2가 되어야 하는 상황이지만?
  • 각각 결과를 Main Memory에 반영하게 된다면 1만 남는 상황이 발생하게 됩니다.

• 하나의 Thread가 아닌 여러 Thread가 write하는 상황에서는 적합하지 않습니다.
• 여러 Thread가 write하는 상황이라면?
  • synchronized를 통해 변수 read & write의 원자성(atomic)을 보장해야 합니다.

Volatile 성능에 어떤 영향이 있을까요?

• volatile는 변수의 read와 write를 Main Memory에서 진행하게 됩니다.
• CPU Cache보다 Main Memory가 비용이 더 크기 때문에 변수 값 일치을 보장해야 하는 경우에만 volatile 사용하는 것이 좋습니다.

정리하자면?

• volatile
  • Main Memory에 read & write를 보장하는 키워드.
• 상황?
  • 하나의 Thread가 write하고 나머지 Thread가 읽는 상황인 경우.
  • 변수의 값이 최신의 값으로 읽어와야 하는 경우.
• 주의할 점?
  • 성능에 영향이 어느 정도 영향을 줄 수 있는 Point라는 점.

Reference

• http://tutorials.jenkov.com/java-concurrency/volatile.html