[JAVA] happens-before 관계

자바 메모리 모델(Java Memory Model)

Java Memory Model(JMM)은 자바 프로그램이 어떻게 메모리에 접근하고 수정할 수 있는지를 규정하며,

특히 멀티 스레드 프로그래밍에서 스레드 간의 상호작용을 정의 한다.

JMM에 여러가지 내용이 있지만, 핵심은 여러 스레드들의 작업 순서를 보장하는 happens-before 관계에 대한 정의다.

 

✏️ happens-before

happens-before 관계는 자바 메모리 모델에서 스레드 간의 작업 순서를 정의하는 개념이다.

만약 A 작업이 B 작업보다 happens-before 관계에 있다면, A 작업에서의 모든 메모리 변경 사항은 B 작업에서 볼 수 있다.

즉, A 작업에서 변경된 내용은 B 작업이 시작되기 전에 모두 메모리에 반영된다.

• happens-before 관계는 이름 그대로, 한 동작이 다른 동작보다 먼저 발생함을 보장한다.
• happens-before 관계는 스레드 간의 메모리 가시성을 보장하는 규칙이다.
• happens-before 관계가 성립하면, 한 스레드의 작업을 다른 스레드에서 볼 수 있게 된다.
• 즉, 한 스레드에서 수행한 작업을 다른 스레드가 참조할 때 최신 상태가 보장되는 것이다.

이 규칙을 따르면 프로그래머가 멀티스레드 프로그램을 작성할 때 예상치 못한 동작을 피할 수 있다.

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✅ happens-before 관계가 발생하는 경우

1. 프로그램 순서 규칙

• 단일 스레드 내에서, 프로그램의 순서대로 작성된 모든 명령문은 happens-before 순서로 실행된다.
• 예를 들어, int a = 1; int b = 2; 에서 a = 1 은 b = 2 보다 먼저 실행된다.

2. volatile 변수 규칙

• 한 스레드에서 volatile 변수에 대한 쓰기 작업은 해당 변수를 읽는 모든 스레드에 보이도록 한다.
• 즉, volatile 변수에 대한 쓰기 작업은 그 변수를 읽는 작업보다 happens-before 관계를 형성한다.

3. 스레드 시작 규칙

  Thread t = new Thread(task);
  t.start();

• 한 스레드에서 Thread.start() 를 호출하면, 해당 스레드 내의 모든 작업은 start() 호출 이후에 실행된 작업보다 happens-before 관계가 성립한다.
• 여기에서 start() 호출 전에 수행된 모든 작업은 새로운 스레드가 시작된 후의 작업보다 happens-before 관계를 가진다.

4. 스레드 종료 규칙

• 한 스레드에서 Thread.join() 을 호출하면, join 대상 스레드의 모든 작업은 join() 이 반환된 후의 작업보다 happens-before 관계를 가진다.
• 예를 들어, thread.join() 호출 후에 thread 의 모든 작업이 완료되어야 하며, 이 작업은 join() 이 반환된 후에 참조 가능하다.

5. 인터럽트 규칙

• 한 스레드에서 Thread.interrupt() 를 호출하는 작업이, 인터럽트된 스레드가 인터럽트를 감지하는 시점의 작업 보다 happens-before 관계가 성립한다.
• 즉, interrupt() 호출 후, 해당 스레드의 인터럽트 상태를 확인하는 작업이 happens-before 관계에 있다.
• 만약 이런 규칙이 없다면 인터럽트를 걸어도, 한참 나중에 인터럽트가 발생할 수 있다.

6. 객체 생성 규칙

• 객체의 생성자는 객체가 완전히 생성된 후에만 다른 스레드에 의해 참조될 수 있도록 보장한다.
• 즉, 객체의 생성자에서 초기화된 필드는 생성자가 완료된 후 다른 스레드에서 참조될 때 happens-before 관계가 성립한다.

7. 모니터 락 규칙

• 한 스레드에서 synchronized 블록 을 종료한 후, 그 모니터 락을 얻는 모든 스레드는 해당 블록 내의 모든 작업을 볼 수 있다.
• 예를 들어, synchronized(lock) { ... } 블록 내에서의 작업은 블록을 나가는 시점에 happens- before 관계가 형성된다.
• 뿐만 아니라 ReentrantLock 과 같이 락을 사용하는 경우에도 happens-before 관계가 성립한다.

 8. 전이 규칙 (Transitivity Rule)

• 만약 A가 B보다 happens-before 관계에 있고, B가 C보다 happens-before 관계에 있다면, A는 C보다 happens- before 관계에 있다.

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