아이템 83. 지연 초기화는 신중히 사용하라

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[83] 지연 초기화는 신중히 사용하라

지연 초기화

• 필드의 초기화 시점을 그 값이 처음 필요할 때 까지 늦추는 기법
  • 값이 전혀 쓰이지 않으면, 초기화도 결코 일어나지 않게 된다
• 왜 사용?
  • 최적화 용도로 사용되며, 클래스와 인스턴스 초기화 시 발생하는 위험한 순환 문제를 해결하는 효과도 있다

지연 초기화 특징

• 인스턴스 생성 시 초기화 비용은 줄지만, 그 필드에 접근하는 비용이 커진다
• 따라서, 초기화가 이루어지는 비율, 실제 초기화에 드는 비용, 초기화 된 각 필드의 호출 빈도에 따라 성능이 느려질 수 있다
• 따라서, 진짜 지연 초기화가 필요할 때 까지 사용하지 말자

초기화 방법

1. 일반적인 초기화 방법

private final FieldType field = computeFieldValue();

• 대부분의 상황에서 일반적인 초기화가 지연 초기화보다 낫다

2. 지연 초기화 - synchronized 한정자

• 지연 초기화가 초기화 순환성 (initialization circularity) 을 깨뜨릴 것 같으면 synchronized를 단 접근자를 사용해라

초기화 순환성

• Class A의 생성자가 Class B의 인스턴스를 생성하고,
• Class B가 Class C의 인스턴스를 생성하고,
• Class C가 Class A의 인스턴스를 생성하는 경우

private FieldType field;
private synchronized FieldType getField() {
    if (field == null) {
        field = computeFieldValue();
    } 
    return field;
}

3. 정적 필드 지연 초기화 홀더 클래스 관용구

• 성능때문에 정적 필드를 지연 초기화해야 한다면, 지연 초기화 홀더 클래스(lazy initialization holder class) 관용구를 사용하자
• 클래스는 클래스가 처음 쓰일 때 비로소 초기화 된다는 특성이 있는데, 이를 이용한 관용구이다

private static class FieldHolder {
    static final FieldType field = computeFieldValue();
}

private static FieldType getField() {
    return FieldHolder.field;
}

• getField() 메서드가 호출되면, FieldHolder.field 가 읽히면서 FieldHolder 클래스 초기화를 한다
• 동기화를 하지 않기 때문에 성능이 느려질 걱정이 없다는 장점을 가진다

4. 인스턴스 필드 지연 초기화 이중검사 관용구

• 성능 때문에 인스턴스 필드를 지연 초기화해야 한다면, 이중검사 관용구를 사용하자
• 초기화된 필드에 접근할 때의 동기화 비용을 없애준다

private volatile FieldType field;

private FieldType getField() {
    FieldType result = field;

    // 첫번째 검사 (Lock 사용 안함)
    if (result != null) {
        return result;
    }

    // 두번째 검사 (Lock 사용)
    synchronized(this) {
        if (field == null) {
            field = computeFieldValue();
        }
        return field;
    }
}

• 한 번은 동기화 없이 검사하고, 두 번째 검사는 동기화하여 검사한다
• 두번째 검사에서도 필드가 초기화되지 않았을 때만 필드를 초기화한다
• 필드가 초기화 된 후로는 동기화하지 않으므로 해당 필드는 반드시 volatile로 선언해야 한다

volatile

• java 변수를 메인 메모리에 저장하겠다고 명시하는 키워드
• 매번 변수의 값을 read 할 때 마다 CPU cache에 저장된 값이 아닌, 메인 메모리에서 읽는다
• 변수의 값을 write할 때 마다 메인 메모리에까지 작성한다
• volatile 변수를 사용하지 않는 멀티스레드 어플리케이션에서는 태스크를 수행하는 동안 성능 향상을 위해 메인 메모리에서 읽은 변수 값을 CPU cache 에 저장한다
• 만약, 멀티스레드 환경에서 스레드가 변수 값을 읽어올 때, 각 CPU cache에 저장된 값이 다르기 때문에 변수 값 불일치 문제가 발생하게 된다
• volatile 키워드를 통해 멀티 스레드 환경에서 하나의 스레드만 read & write하고, 나머지 스레드가 read하는 상황에서 가장 최신의 값을 보장한다
• CPU cache보다 메인 메모리가 비용이 더 크기 때문에 변수 값 일치를 보장해야 하는 경우에만 volatile을 사용하는 것이 좋다

5. 이중검사 관용구의 변종 - 단일 검사 관용구

• 이중 검사 관용구에서 반복해서 초기화해도 상관없는 인스턴스 필드를 지연 초기화할 때 초기화가 중복해서 일어날 수 있다

private volatile FieldType field;

private FieldType getField() {
    FieldType result = field;

    if (result == null) {
        field = result = computeFieldValue();
    } 
    return result;
}

6. 이중검사 관용구의 변종 - 짜릿한 단일 검사 관용구 (racy single-check)

• 모든 스레드가 필드의 값을 다시 계산해도 상관없고, 필드의 타입이 long과 double을 제외한 다른 기본 타입이라면, 필드 선업에서 volatile 한정자를 없애도 된다

private FieldType field;

private FieldType getField() {
    FieldType result = field;

    if (result == null) {
        field = result = computerFieldValue();
    }
    return result;
}

• 이 관용구는 필드의 접근 속도를 높여주지만, 초기화가 스레드 당 최대 한 번 더 이뤄질 수 있다
• 이례적인 기법으로, 거의 사용되지 않는다