ParallelStream 과 동시성 문제

자바 신입 개발자 면접 질문 중에 멀티스레드와 동시성 문제는 대부분의 회사에서 단골 질문에 해당한다. 조직의 주니어 개발자가 멀티스레드를 고려하지 않고 비즈니스 요구사항을 처리하기 위해 코드를 수정한 결과로 인해 시스템에서 주요 기능 중 하나인 이벤트 모니터링 화면에서 데이터가 간헐적으로 올바르지 않은 문제가 발생함이 리포트 되었다.

동시성 문제가 발생하는 코드

멀티스레드에 의한 병렬 처리 시 동시성 문제가 발생했던 비즈니스 로직 코드는 대충 아래와 같다고 볼 수 있다.

List<Customer> customers = IntStream.rangeClosed(1, 100)
                .mapToObj(i -> new Customer().setId(String.valueOf(i)))
                .toList();

List<String> optIds = new ArrayList<>();
customers.parallelStream().forEach(customer -> {
    optIds.add(customer.getId());

    // customer 에 대한 데이터 조회 로직
});
System.out.println("expected: 100, size: " + optIds.size());

위 코드에서 ArrayList 에 저장되는 목록의 결과가 매번 동일함이 보장이 되는가? 가 중요한 부분인데 실제로 테스트 코드를 돌려보면 간헐적으로 100개가 아닌 97개가 목록에 포함되는 경우를 확인할 수 있을 것이다. 멀티스레드에 의해서 add 함수가 동시에 호출되는 경우에는 ConcurrentModificationException와 같은 예외가 발생하지 않는게 중요한 부분이다.

ArrayList 와 HashSet에 대한 동기화 컬렉션

일반적으로 많이 사용되는 ArrayList 과 HashSet 에 데이터를 추가할 때 ParallelStream 을 사용하는 경우 위와 같이 동시성 문제로 인해 제대로 추가되지 않는 항목이 존재할 수 있다. 이로 인한 동시성 문제를 해결하기 위해서는 아래와 같이 Synchronized 키워드를 사용하거나 동기화 문제를 고려한 컬렉션 클래스들이 존재한다.

• ConcurrentSkipListSet
• CopyOnWriteArrayList
• Collections.synchronizedList();
• CopyOnWriteArraySet
• Collections.synchronizedSet();
• ConcurrentHashMap.newKeySet();

동시성 문제가 발생했던 비즈니스 로직에서 CopyOnWriteArrayList 와 CopyOnWriteArraySet은 쓰기 작업에 대한 오버헤드가 있다는 점을 고려하여 Collections.synchronizedList 를 사용하는 것으로 결정하여 수정하였다.

자바에서 병렬처리 시 동시성을 고려해야하는 것은 기초적인 부분에 해당되어 주니어 개발자에게 아쉬운 부분이긴 하나 이러한 문제를 내재하게 된 가장 큰 원인은 요구사항을 처리한 당시에 개발 리드로써 코드 리뷰를 상세하게 해주지 않았던 것이므로 스스로 반성해야할 부분이라 생각됩니다.