동시성 이슈 처리 및 테스트 방안 - 1

 

- 글의 순서
	- 동시성 처리 이슈 상황
	- 자바 동시성 처리 기초 정보 및 동시성 처리 테스트 코드 작성 방안
		- java.lang.Thread & java.lang.Runnable
		- ExecutorFramework
		- Thread VS ExecutorFramework
		- CountDownLatch
	- 처리방안
		- 트랜잭션 격리수준
			- Uncommitted Read
			- Committed Read
			- Repeatable Read
			- Serializable
		- 데이터베이스 수준에서의 처리 방안       
			- 락
				- 비관적 락
				- 락관적 락
		- 어플리케이션 수준에서의 처리 방안
			- 왜 어플리케이션에서 처리할 수 있어야 하는가?
			- syncronized
			- ConcurrentHashMap
			- 레디스 - 분산락
				- 스핀락
				- 메시지 브로커

 

 

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안녕하세요! 린내입니다.

 

이번 시간에는 동시성 요청 이슈처리에 대해 알아보겠습니다.

 

 

먼저 문제가 되는 상황부터 가정해볼까요?

아래와 같은 포인트 엔티티가 있습니다.
기본적인 id 필드가 있고, 잔여 포인트를 Long으로 나타내는 points 필드가 있습니다.

 

@Entity
@Getter
@ToString
@NoArgsConstructor
public class Point {
    @Id
    @GeneratedValue(strategy = GenerationType.IDENTITY)
    Long id;

    private Long points;

    public Point(Long points) {
        this.points = points;
    }

    public void substractPoint(Long point){
        points -= point;
    }
}

substractPoint() 메소드로 잔여 포인트에 특정 포인트를 차감할 수 있습니다.

• 간단한 컨트롤러와 서비스를 구현해봅니다.

@RestController
@RequiredArgsConstructor
public class PointController {
    private final PointService pointService;

    @GetMapping("/points/{id}")
    public Point getPoints(@PathVariable Long id){
        return pointService.findPost(id);
    }

    @PostMapping("/points/{id}/{point}")
    public Point subtractPoints(@PathVariable Long id, @PathVariable Long point){
        return pointService.subtractPoint(id, point);
    }
}

@Service
@RequiredArgsConstructor
public class PointService {
    private final PointRepository pointRepository;
    
    public Point findPost(Long id) {
        return pointRepository.findById(id).orElseThrow();
    }
    
    @Transactional
    public Point subtractPoint(Long id, Long point){
        Point post = findPost(id);
        if(post.getPoints() - point >= 0){ //차감결과가 0 이상인 경우
            post.substractPoint(point);
        }
        return post;
    }
}

 

 

• 빠르게 테스트 코드를 작성해봅니다.
• 먼저 단건 차감 요청의 경우를 볼까요?

@SpringBootTest
@AutoConfigureMockMvc
class PointControllerTest {
    @Autowired
    MockMvc mockMvc;
    @Autowired
    PointRepository pointRepository;
    
    @Test
    public void 포인트_차감_단건_요청() throws Exception {
        Point point = pointRepository.save(new Point(10000L));

        mockMvc.perform(MockMvcRequestBuilders.post("/points/{id}/{point}", point.id, 1000L)
                        .contentType(MediaType.APPLICATION_JSON))
                .andExpect(MockMvcResultMatchers.status().isOk())
                .andExpect(MockMvcResultMatchers.jsonPath("$.id").value(1)) //성공
                .andExpect(MockMvcResultMatchers.jsonPath("$.points").value(9000L)); //성공
    }
} 

• 10,000포인트를 입력하고 1,000 포인트 차감을 요청한 결과가 9,000 포인트인 것을 확인하였습니다.

 

 

그럼 이제 본격적으로 동시성 요청 시 이슈 상황에 대해 알아보겠습니다.

 

우리가 입출금 모임통장을 사용하듯이

위의 포인트 엔티티가 공유될 수 포인트라서
여러 사람이 포인트를 꺼내서 쓸 수 있으면 어떻게 될까요?

 

그것도 동시에 꺼내서 쓰게 되면 일어날 수 있는 이슈는 무엇이 있을까요?

 

또한, 이러한 상황을 테스트하기 위해서는 일반적인 요청으로 테스트는 불가능합니다.

 

동시 요청을 테스트하기 위해 병렬 스레드로 요청을 생성한 뒤 동시에 요청을 보내야하는데요

 

 

 

 

 

이를 위해 병렬 스레드로 요청을 보내기 위해 필요한 기초 지식들과 그 예시코드를 먼저 알아보겠습니다.

 

 

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Thread VS ExecutorFramework

 

• 자바에서 병렬 스레드로 작업을 요청하기 위한 방법에는 두가지가 있습니다.
• 스레드 객체(java.lang.Thread)를 이용하는 방식과 스레드풀 (Executor Framework)을 이용하는 방식이 있습니다.

 

 

Thread

 

java.lang.Thread 객체는 JVM 내부에서 스레드를 생성하고 관리하는 기능을 제공합니다.

java.lang.Runnable 인터페이스를 구현하여 run()을 실행하는 주체이며, 이 객체를 이용하여 병렬로 작업을 처리할 수도 있습니다.

Thread 객체의 사용 방식은 두가지 방법이 있는데,

첫 번째 방법은 Thead 객체를 상속받는 방법이고, 두 번째 방법은 Runnable 인터페이스를 직접 구현하는 방법입니다.

public class SubstractRequestThread extends Thread{ // 첫 번째 -> Thread 상속
    //..

    @Override //Runnable의 run() 구현 메소드를 재정의
    public void run() {
        super.run();
    }
}

public class SubstractRequest implements Runnable{ // 두 번째 -> Runnble 구현
    @Override
    public void run() { // 직접 구현
        //..
    }
} 

 

@Test
public void 스레드_객체_테스트(){
    SubstractRequestThread thread1 = new SubstractRequestThread();
    thread1.start(); // 스레드1 병렬 실행

    SubstractRequest substractRequest = new SubstractRequest();
    Thread thread2 = new Thread(substractRequest);
    thread2.start();; // 스레드2 병렬 실행
}

 

Executor Framework

jdk 1.5에 추가된 Executor Framework는 자바 어플리케이션에 스레드풀 기능을 이용할 수 있게 해줍니다.

 

위에서 알아보았던 Thread 객체의 직접 생성 및 관리는 비교적 성능을 요하는 작업이었습니다.

 

따라서, Executor Framework 가 제공해주는 스레드풀을 이용하는 것이 스레드 생성과 관리를 추상화하고, 오버헤드를 최소화할 수 있는 좋은 방법입니다.

 

cf) 스레드 생성과 관리를 추상화한다??

Executor Framework를 사용하여 스레드를 스레드풀로 관리하게 됨
→ 개발자가 스레드의 생성과 관리에 대한 코드 직접 작성하지 않음
또한 이미 생성된 객체를 작업에 재사용하여 더 효율적인 처리가 가능해짐

 

java.util.concurrent.Excutor는  Executor Framework 에서 핵심이 되는 인터페이스입니다.

 

기존 Thread객체에선 작업(task)과 실행 (execution)이 분리되어 있지 않았지만

Executor를 사용하여 작업과 실행을 분리시킬 수 있게 되었습니다.

 

또한 Executor를 확장한 ExecutorService는 구현된 스레드풀까지 제공하여 개발자가 더 많은 기능을 사용할 수 있게 도와줍니다.

public class ThreadExample {
    public static void main(String[] args) {
        Thread thread = new Thread(new MyRunnable());
        thread.start(); // 작업을 즉시 시작 (실행 == 작업)
    }

    static class MyRunnable implements Runnable {
        @Override
        public void run() { // 실행 시 즉시 해당 작업을 호출
            System.out.println("This is executed in a separate thread.");
        }
    }
}

public class ExecutorExample {
    public static void main(String[] args) {
        Executor executor = Executors.newSingleThreadExecutor();
        executor.execute(new MyRunnable()); // 작업을 실행과 분리하기 위한 execute() 
                                            // 스레드풀과 적용되면 실행 != 작업 가능해짐
        // 스레드풀 생성                                    
        ExecutorService executorService = Executors.newSingleThreadExecutor();
        executorService.submit(new MyRunnable()); // 작업을 스레드풀에 제출하여 실행
        executorService.shutdown(); // 작업이 완료되면 ExecutorService 종료  (확장기능제공)                                 
    }

    static class MyRunnable implements Runnable {
        @Override
        public void run() { // 특정 시점에 작업을 호출
            System.out.println("This is executed via an Executor.");
        }
    }
}

 

자, 이번 시간에는 이렇게 동시성 이슈가 되는 상황을 가정하고

테스트하기 위한 준비 작업으로써 자바 동시성 처리에 대한 지식을 알아보았습니다!

 

다음 시간엔 동시성 처리 테스트 코드를 작성하고 실제 처리 방안에 대해서까지 알아보겠습니다!!

 

 

 

 

 

 

 

출처: 

https://tecoble.techcourse.co.kr/post/2023-08-16-concurrency-managing/

https://www.baeldung.com/java-single-thread-executor-service

https://www.linkedin.com/pulse/difference-between-executor-executorservice-executors-omar-ismail/