고유 락 (Intrinsic Lock)과 synchronized

고유 락(Intrinsic Lock)은 자바의 모든 객체가 내장하고 있는 락으로, 모니터 락(Monitor Lock)이라고도 부르며 synchronized 키워드가 이 락을 사용해 임계 영역(critical section)을 보호한다. 한 스레드가 어떤 객체의 고유 락을 쥐고 있는 동안 다른 스레드는 같은 락을 요구하는 synchronized 블록에 진입하지 못하고 대기한다. 고유 락은 상호 배제뿐 아니라 메모리 가시성(visibility)까지 보장하므로, 멀티스레드 환경에서 공유 상태를 다루는 가장 기본적인 동기화 수단이다.

synchronized의 세 가지 형태

synchronized는 어떤 객체의 락을 잡느냐에 따라 세 가지로 쓰인다. 인스턴스 메서드에 붙이면 this의 락을, static 메서드에 붙이면 해당 클래스의 Class 객체 락을, 블록으로 쓰면 지정한 객체의 락을 잡는다. 인스턴스 락과 클래스 락은 서로 다른 락이므로, 인스턴스 메서드와 static 메서드에 각각 synchronized를 붙였다고 해서 서로 배제되지는 않는다.

public class Counter {
    private int count = 0;
    private final Object lock = new Object();

    public synchronized void increment() {   // this의 고유 락
        count++;
    }

    public static synchronized void reset() { // Counter.class의 고유 락
        // ...
    }

    public void incrementWithBlock() {
        synchronized (lock) {                 // 전용 락 객체의 고유 락
            count++;
        }
    }
}

락 대상은 좁을수록 좋다. 메서드 전체보다 꼭 필요한 구간만 블록으로 감싸는 편이 경합을 줄이며, 외부에 노출된 this 대신 private final 락 객체를 쓰면 외부 코드가 같은 락을 잡아 교착이나 성능 저하를 일으키는 것을 막을 수 있다.

바이트코드와 객체 헤더 관점

synchronized 블록은 바이트코드에서 monitorenter와 monitorexit 명령으로 컴파일되고, synchronized 메서드는 메서드 메타데이터의 ACC_SYNCHRONIZED 플래그로 표시되어 JVM이 진입과 탈출 시 락을 처리한다. 예외가 발생해도 락이 반드시 해제되도록 컴파일러가 예외 경로에도 monitorexit를 넣는다.

핫스팟 JVM에서 락 상태는 객체 헤더의 마크 워드(mark word)에 기록된다. 경합이 없으면 CAS(Compare-And-Swap) 연산만으로 획득하는 경량 락(lightweight lock)으로 동작하고, 여러 스레드가 실제로 경합하면 운영체제 동기화 자원을 쓰는 중량 락(heavyweight lock)으로 팽창(inflation)한다. 과거에 있던 편향 락(biased locking)은 유지 비용 대비 이득이 줄어 JDK 15에서 비활성화되고 이후 제거되었다. 즉 Java 21 기준 synchronized는 무경합 시 매우 저렴하고, 경합 시에만 비용이 커지는 구조다.