지연 초기화는 신중히 사용하라 - Effective Java[83]

🔗 지연 초기화(Lazy Initialization)는 필드의 초기화 시점을 그 값이 처음 필요할 때까지 늦추는 기법이다.

• 그래서 값이 전혀 쓰이지 않으면 초기화도 결코 일어나지 않는다.

• 이 기법은 정적 필드와 인스턴스 필드 모두에 사용할 수 있다.
  • 지연 초기화는 주로 최적화 용도로 쓰이지만, 클래스와 인스턴스 초기화 때 발생하는 위험한 순환 문제를 해결하는 효과도 있다.
• 다른 모든 최적화와 마찬가지로 지연 초기화에 대해 해줄 최선의 조언은 “필요할 때까지는 하지말라”다.

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💎 지연 초기화는 양날의 검이다.

• 클래스 혹은 인스턴스 생성 시의 초기화 비용은 줄지만 그 대신 지연 초기화하는 필드에 접근하는 비용은 커진다.

• 지연 초기화하려는 필드들 중 결국 초기화가 이뤄지는 비율에 따라, 실제 초기화에 드는 비용에 따라, 초기화된 각 필드를 얼마나 빈번히 호출하느냐에 따라 지연 초기화가 (다른 수많은 최적화와 마찬가지로) 실제로는 성능을 느려지게 할 수도 있다.

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💎 그럼에도 필요 할 때가 있겠지 :: 지연초기화

• 해당 클래스의 인스턴스 중 그 필드를 사용하는 인스턴스의 비율이 낮은 반면, 그 필드를 초기화하는 비용이 크다면 지연 초기화가 제 역할을 해줄 것이다.

• 하지만 안타깝게도 정말 그런지를 알 수 있는 유일한 방법은 지연 초기화 적용 전후의 성능을 측정해보는 것이다.

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💎 멀티쓰레드 환경에서는 지연 초기화를 하기가 까다롭다.

• 지연 초기화하는 필드를 둘 이상의 스레드가 공유한다면 어떤 형태로든 반드시 동기화해야 한다.
  • 그렇지 않으면 심각한 버그로 이어질 것이다.

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💎 대부분의 상황에서 일반적인 초기화가 지연 초기화보다 낫다.

• 다음은 인스턴스 필드를 선언할 때 수행하는 일반적인 초기화의 모습이다.
  • final 한정자를 사용했음에 주목해야한다.

💎 인스턴스 필드를 초기화하는 일반적인 방법

private final FieldType field = computeFieldValue();

• 지연 초기화가 초기화 순환성(initialization circularity)을 깨뜨릴 것 같으면 synchronized를 단 접근자를 사용하자.
  • 이 방법이 가장 간단하고 명확한 대안이다.

💎 인스턴스 필드의 지연 초기화 - synchronized 접근자 방식

private FieldType field;

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

• 이상의 두 관용구(보통의 초기화와 synchronized 접근자를 사용한 지연 초기화)는 정적 필드에도 똑같이 적용된다.
  • 물론 필드와 접근자 메서드 선언에 static 한정자를 추가해야 한다.

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💎 성능 때문에 정적 필드를 지연 초기화해야 한다면 지연 초기화 홀더 클래스(lazy initialization holder class) 관용구를 사용하자.

• 클래스는 클래스가 처음 쓰일 때 비로소 초기화된다는 특성을 이용한 관용구다.

💎 정적 필드용 지연 초기화 홀더 클래스 관용구

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

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

• getField가 처음 호출되는 순간 FieldHolder.field가 처음 읽히면서, 비로소 FieldHolder 클래스 초기화를 촉발한다.
  • 이 관용구의 멋진 점은 getField 메서드가 필드에 접근하면서 동기화를 전혀 하지 않으니 성능이 느려질 거리가 전혀 없다는 것이다.
• 일반적인 VM은 오직 클래스를 초기화할 때만 필드 접근을 동기화할 것이다.
  • 클래스 초기화가 끝난 후에는 VM이 동기화 코드를 제거하여, 그 다음부터는 아무런 검사나 동기화 없이 필드에 접근하게 된다.

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💎 성능 때문에 인스턴스 필드를 지연 초기화해야 한다면 이중검사(double-check) 관용구를 사용하라.

• 이 관용구는 초기화된 필드에 접근할 때의 동기화 비용을 없애준다.

  • 필드의 값을 두 번 검사하는 방식으로, 한 번은 동기화 없이 검사하고, (필드가 아직 초기화 되지 않았다면) 두 번째는 동기화하여 검사한다.

  • 두 번째 검사에서도 필드가 초기화되지 않았을 때만 필드를 초기화한다.

  • 필드가 초기화된 후로는 동기화하지 않으므로 해당 필드는 반드시 volatile로 선언해야 한다.

💎 인스턴스 필드 지연 초기화용 이중검사 관용구

private volatile FieldType field;

private FieldType getField() {
    FieldType result = field;
    
    if (result != null) { // 첫 번째 검사 (락 사용 안함)
        return result;
    }
    
    synchronized(this) {
        if (field == null) {//두 번째 검사 (락 사용)
            field = computeFieldValue();
        } 
        return field;
    }
}

• result라는 지역변수가 필요한 이유는 뭘까?

  • 이 변수는 필드가 이미 초기화된 (일반적인)상황에서는 그 필드를 딱 한 번만 읽도록 보장하는 역할을 한다.

  • 반드시 필요하지는 않지만 성능을 높여주고, 저수준 동시성 프로그래밍에 표준적으로 적용되는 더 우아한 방법이다.

• 이중검사를 정적 필드에도 적용할 수 있지만 굳이 그럴 이유는 없다.

  • 이보다는 지연 초기화 홀더 클래스 방식이 더 낫다.

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💎 이중검사 변종 두 가지

• 이따금 반복해서 초기화해도 상관없는 인스턴스 필드를 지연 초기화해야 할 때가 있는데, 이런 경우라면 이중검사에서 두 번째 검사를 생략할 수 있다.
  • 이 변종의 이름은 자연히 단일검사(single-check) 관용구가 된다.

💎 단일검사 관용구 - 초기화가 중복해서 일어날 수 있다.

private volatile FieldType field;

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

• 이중검사와 단일검사 관용구를 수치 기본 타입 필드에 적용한다면 필드의 값을 null 대신 (숫자 기본 타입 변수의 기본 값인) 0과 비교하면 된다.

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💎 모든 스레드가 필드의 값을 다시 계산해도 상관없고 필드의 타입이 long과 double을 제외한 다른 기본 타입이라면, 단일검사의 필드 선언에서 volatile 한정자를 없애도 된다.

• 이 변종은 짜릿한 단일검사(racy single-check) 관용구라 불린다

  • 이 관용구는 어떤 환경에서는 필드 접근 속도를 높여주지만, 초기화가 스레드당 최대 한 번 더 이뤄질 수 있다.

  • 아주 이례적인 기법으로, 보통은 거의 쓰지 않는다.

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대부분의 필드는 지연시키지 말고 곧바로 초기화해야 한다.

성능 때문에 혹은 위험한 초기화 순환을 막기 위해 꼭 지연 초기화를 써야 한다면 올바른 지연 초기화 기법을 사용하자.

인스턴스 필드에는 이중검사 관용구를, 정적 필드에는 지연 초기화 홀더 클래스 관용구를 사용하자.

반복해 초기화해도 괜찮은 인스턴스 필드에는 단일검사 관용구도 고려 대상이다.

참조 - 이펙티브 자바 3/E - 조슈아 블로크때