지연 초기화는 신중히 사용하라

지연 초기화

필드의 초기화 시점을 그 값이 처음 필요할 때까지 늦추는 기법이다. 그래서 값이 전혀 쓰이지 않으면 초기화도 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.

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

지연 초기화 성능에 영향을 미치는 요소

지연 초기화하려는 필드들 중 결국 초기화가 이뤄지는 비율
실제 초기화에 드는 비용
초기화된 각 필드의 호출 빈도

지연 초기화가 필요한 경우

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 그런지 알 수 있는 방법은 지연 초기화 적용 전후의 성능을 측정하는 것이다.

멀티스레드 환경에서의 지연 초기화

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

대부분의 상황에서 일반적인 초기화가 지연 초기화보다 낫다.

인스턴스 필드를 초기화하는 일반적인 방법

private final FieldType field = computeFieldValue();

synchronized 접근자 방식

인스턴스 필드의 지연 초기화가 초기화 순환성을 깨뜨릴 것 같으면 synchronized를 단 접근자를 사용하자. 이 방법은 가장 간단하고 명확한 대안이다.

private FieldType field;

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

지연 초기화 홀더 클래스(lazy initialization holder class)

성능 때문에 정적 필드를 지연 초기화해야 한다면 지연 초기화 홀더 클래스 관용구를 사용하자. 클래스는 클래스가 처음 쓰일 때 초기화된다는 특성을 이용한 관용구다.

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

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

getField가 처음 호출되는 순간 FieldHolder.field가 처음 읽히면서, FieldHolder 클래스 초기화를 촉발한다. 이 관용구의 장점은 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, 그다음부터는 아무런 검사나 동기화 없이 필드에 접근하게 된다.

이중검사(double-check)

성능 때문에 인스턴스 필드를 지연 초기화해야 한다면 이중검사 관용구를 사용하자. 이 관용구는 초기화된 필드에 접근할 때의 동기화 비용을 없애준다.
필드의 값을 두 번 검사하는 방식으로, 한 번은 동기화 없이 검사하고, 두 번째는 동기화하여 검사한다. 두 번째 검사에서도 필드가 초기화되지 않았을 때만 필드를 초기화한다. 필드가 초기화된 후로는 동기화하지 않으므로 해당 필드는 반드시 volatile로 선언해야 한다.

private volatile FieldType field;

private FieldType getField() {
    FieldType result = field;
    if(result != null)  // 첫 번째 검사(락 사용 안 함)
        return result;

    synchronized(this) {
        if(field == null)   // 두 번째 검사(락 사용)
            field = computeFieldValue();
        return field;
    }
}

지역변수 result는 필드가 이미 초기화된 상황에서는 그 필드를 딱 한 번만 읽도록 보장하는 역할을 한다. 반드시 필요하지는 않지만 성능을 높여주고, 저수준 동시성 프로그래밍에 표준적으로 적용되는 더 우아한 방법이다.

단일검사(single-check)

반복해서 초기화해도 상관없는 인스턴스 필드를 지연 초기화해야 할 때가 있는데, 이런 경우라면 이중검사에서 두 번째 검사를 생략할 수 있다. 단일검사 관용구가 된다.

private volatile FieldType field;

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

모든 초기화 기법은 기본 타입 필드와 객체 참조 필드 모두에 적용할 수 있다. 이중검사와 단일검사 관용구를 수치 기본 타입 필드에 적용한다면 필드의 값을 null 대신 0과 비교하면 된다.

모든 스레드가 필드의 값을 다시 계산해도 상관없고 필드의 타입이 long과 double을 제외한 다른 기본 타입이라면, 단일검사의 필드 선언에서 volatile 한정자를 없애도 된다. 어떤 환경에서는 필드 접근 속도를 높여주지만, 초기화가 스레드당 최대 한 번 더 이뤄질 수 있다. 보통은 거의 쓰지 않는다.

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.

Twitter Facebook LinkedIn