StampedLock — 낙관적 읽기와 락 변환

지난 글에서 ReentrantLock과 ReadWriteLock을 다뤘다. 이번에는 Java 8에서 추가된 StampedLock을 살펴본다. ReentrantReadWriteLock보다 복잡하지만, 읽기가 압도적으로 많은 환경에서 낙관적 읽기(Optimistic Read) 모드를 통해 락 없이 읽기를 시도해 성능을 크게 향상시킬 수 있다.

스탬프(Stamp) 개념

StampedLock의 모든 락 획득/해제 메서드는 long 타입의 스탬프를 사용한다. 스탬프는 특정 락 획득의 상태를 표현하는 토큰이다.

• 0이 반환되면 락 획득 실패를 의미한다.
• 락을 해제할 때는 획득 시 반환된 스탬프를 그대로 전달해야 한다.
• 스탬프를 잘못 사용하거나 해제 후 재사용하면 IllegalMonitorStateException이 발생한다.

3가지 모드

Write Mode

배타적 쓰기 락이다. synchronized나 ReentrantLock과 동일한 배타 보장을 제공하지만, 재진입할 수 없다.

StampedLock sl = new StampedLock();

long stamp = sl.writeLock();
try {
    x = newX;
    y = newY;
} finally {
    sl.unlockWrite(stamp);
}

Read Mode

여러 스레드가 동시에 읽기 가능한 공유 락이다. 쓰기 락과 배타적이다.

long stamp = sl.readLock();
try {
    return Math.hypot(x, y);
} finally {
    sl.unlockRead(stamp);
}

Optimistic Read Mode (핵심)

락을 획득하지 않고 스탬프만 채취한다. 이후 validate(stamp)로 읽는 동안 쓰기가 없었는지 확인한다. 쓰기 없으면 읽은 값을 사용하고, 쓰기가 있었으면 Read Mode로 폴백한다.

double distanceFromOrigin() {
    // 1단계: 낙관적 읽기 — 락 없음
    long stamp = sl.tryOptimisticRead();
    double curX = x, curY = y;  // 로컬 변수에 복사 (필수)

    // 2단계: 읽는 사이 쓰기가 없었는지 검증
    if (!sl.validate(stamp)) {
        // 3단계: 검증 실패 → 읽기 락으로 폴백
        stamp = sl.readLock();
        try {
            curX = x;
            curY = y;
        } finally {
            sl.unlockRead(stamp);
        }
    }
    return Math.hypot(curX, curY);
}

이 패턴의 포인트: 쓰기가 드물면 validate(stamp)가 거의 항상 성공해 락 비용 없이 읽기가 가능하다. 쓰기 경합이 많으면 폴백이 자주 발생해 오히려 overhead가 생긴다.

락 변환

스탬프를 다른 모드로 변환하는 메서드를 제공한다.

// 읽기 → 쓰기 업그레이드 시도
long stamp = sl.readLock();
try {
    while (x < 0) {
        long ws = sl.tryConvertToWriteLock(stamp);
        if (ws != 0L) {         // 변환 성공
            stamp = ws;
            x = 1;
            break;
        } else {                 // 변환 실패 — 읽기 해제 후 쓰기 획득
            sl.unlockRead(stamp);
            stamp = sl.writeLock();
        }
    }
    return x;
} finally {
    sl.unlock(stamp); // 어떤 모드든 해제
}

tryConvertToWriteLock()이 0을 반환하면 다른 읽기 스레드가 있어 변환 불가. 이 경우 읽기 락을 해제하고 쓰기 락을 직접 획득한다.

⚠ 재진입 불가

StampedLock은 ReentrantLock과 달리 재진입을 지원하지 않는다. 같은 스레드가 이미 보유한 락을 다시 획득하려 하면 교착 상태가 된다.

// 위험 — 재진입 교착
long stamp1 = sl.writeLock();
try {
    long stamp2 = sl.writeLock(); // 교착! (자기 자신을 기다림)
    ...
} finally {
    sl.unlockWrite(stamp1);
}

낙관적 읽기 시 주의사항

낙관적 읽기는 락 없이 진행하므로, 다른 스레드의 쓰기가 동시에 발생할 수 있다. 따라서 읽은 값을 반드시 로컬 변수에 복사한 후, validate() 이후에만 사용해야 한다.

// 잘못된 예 — validate 전에 값 사용
long stamp = sl.tryOptimisticRead();
return Math.hypot(x, y); // x, y가 쓰기와 레이스 가능
// validate 생략 → 불일관성

// 올바른 예
long stamp = sl.tryOptimisticRead();
double cx = x, cy = y;  // 복사
if (!sl.validate(stamp)) {
    stamp = sl.readLock();
    try { cx = x; cy = y; } finally { sl.unlockRead(stamp); }
}
return Math.hypot(cx, cy); // 검증된 로컬 복사본 사용

완전한 예시: 좌표 클래스

class Point {
    private double x, y;
    private final StampedLock sl = new StampedLock();

    void move(double deltaX, double deltaY) {
        long stamp = sl.writeLock();
        try {
            x += deltaX;
            y += deltaY;
        } finally {
            sl.unlockWrite(stamp);
        }
    }

    double distanceFromOrigin() {
        long stamp = sl.tryOptimisticRead();
        double curX = x, curY = y;
        if (!sl.validate(stamp)) {
            stamp = sl.readLock();
            try { curX = x; curY = y; }
            finally { sl.unlockRead(stamp); }
        }
        return Math.hypot(curX, curY);
    }
}

이 예시는 JDK StampedLock Javadoc의 공식 예시를 기반으로 한 것이다.

언제 StampedLock을 사용하나

• 읽기가 압도적으로 많고 쓰기가 드문 경우
• 재진입이 필요 없는 단순 패턴
• 극한 성능이 필요한 내부 데이터 구조

단순 구현이 필요하거나 재진입, Condition 변수가 필요하면 ReentrantReadWriteLock이 더 적합하다.

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지난 글: Lock 인터페이스 — ReentrantLock 완전 가이드

다음 글: Condition 변수로 구현하는 생산자-소비자 패턴

읽어주셔서 감사합니다. 😊