[이펙티브 자바] Item83 - 지연 초기화는 신중히 사용하라

지연 초기화는 필드의 초기화 시점을 그 값이 처음 필요할 때까지 늦추는 기법이다. 지연 초기화는 주로 최적화 용도로 쓰이며, 클래스와 인스턴스 초기화 시 발생하는 위험한 순환 문제를 해결하는 효과도 있다.

 

지연 초기화의 특징

지연 초기화는 인스턴스 생성 시 초기화 비용은 줄지만, 그 필드에 접근하는 비용은 커진다. 따라서 초기화가 이루어지는 비율, 실제 초기화에 드는 비용, 호출 빈도에 따라 오히려 성능이 느려질 수 있다.

인스턴스의 사용 빈도가 낮지만 초기화 비용이 크다면 지연 초기화가 제 역할을 해준다.

 

멀티 스레드 환경에서 지연 초기화

지연 초기화하는 필드를 둘 이상의 스레드가 공유한다면, 반드시 동기화해야 한다. 그렇지 않으면 심각한 버그로 이어질 수 있다. (item78 - 공유 중인 가변 데이터는 동기화해 사용하라)

멀티 스레드 환경에서는 지연 초기화를 하기가 까다롭기 때문에 대부분의 상황에서 일반적인 초기화가 지연 초기화보다 낫다. 그러니 진짜 지연 초기화가 필요할 때까지 사용하지 말자.

 

초기화 방법

1. 일반적인 초기화 방법

private final FieldType field = computeFieldValue();

final 한정자를 사용한다.

 

2. 지연 초기화 - synchronized 한정자

private FieldType field;

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

지연 초기화가 초기화 순환성을 깨트릴 것 같다면 synchronized를 단 접근자를 사용하자.

위 두 관용구는 정적 필드에도 똑같이 적용된다.

 

3. 정적 필드 지연 초기화 홀더 클래스 관용구

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

// 정적 필드용 지연 초기화 홀더 클래스 관용구
private static class FieldHolder {
    static final FieldType field = computeFieldValue();
}

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

getField() 메서드가 호출되면 FieldHolder.field가 읽히면서 FieldHolder 클래스 초기화를 촉발한다. 동기화를 하지 않기 때문에 성능이 느려질 걱정이 전혀 없다는 장점이 있다.

 

4. 인스턴스 필드 지연 초기화 이중검사 관용구

성능 때문에 인스턴스 필드를 지연 초기화해야 한다면 이중검사 관용구를 사용하자. 이 관용구는 초기화된 필드에 접근할 때의 동기화 비용을 없애준다.

// 인스턴스 필드용 지연 초기화 이중검사 관용구
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;
    }
}

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 volatile로 선언해야 한다.

result 지역 변수가 필요한 이유?
필드가 이미 초기화된 상황에서 이 필드가 한번만 읽도록 보장하고 성능을 높여준다.

 

5. 이중검사 관용구의 변종1- 단일검사 관용구

이중검사 관용구에서 반복해서 초기화해도 상관없는 인스턴스 필드를 지연 초기화할 때 사용할 수 있다.

// 이중검사 관용구의 변종 - 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;
}

 

6. 이중검사 관용구의 변종2- 짜릿한 단일검사 관용구

모든 스레드가 필드의 값을 다시 계산해도 상관없고 필드의 타입이 long과 double을 제외한 다른 기본 타입이라면, 필드 선언에서 volatile 한정자를 없애도 된다. 이를 짜릿한 단일검사(racy single-check) 관용구라 부른다.

// 이중검사 관용구의 변종 - 짜릿한 단일검사 관용구(field의 선언에 volatile 한정자를 제거했다.)
private FieldType field;

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

이 관용구는 필드의 접근 속도를 높여주지만, 초기화가 스레드당 최대 한 번 더 이뤄질 수 있다.

아주 이례적인 기법으로, 거의 사용되지 않는다.

 

핵심 정리

• 대부분의 필드를 지연 초기화 대신 곧바로 초기화하자.
• 성능 때문에 지연 초기화를 사용해야 한다면 올바른 지연 초기화 기법을 사용하자.
• 정적 필드의 지연 초기화에는 홀더 클래스 관용구를 사용하자.
• 인스턴스 필드는 이중검사 관용구를 사용하자.(반복 초기화해도 괜찮다면 단일검사 관용구를 사용)