인프런의 재고시스템으로 알아보는 동시성이슈 해결방법강의를 듣고 정리한 글입니다.
강의를 들으며 내용과 코드는 github에 정리해두었습니다.

기본 로직

재고 시스템에서 재고량을 감소시키며 동시성 문제가 발생하는 상황을 가정한다.

• Stock 재고를 가진 객체
• StockRepository JPA 사용을 위한 JpaRepository 상속
• StockService 재고 감소 로직

📈 Stock

@Entity
public class Stock {

    @Id
    @GeneratedValue(strategy = GenerationType.IDENTITY)
    private Long id;
    private Long productId;
    private Long quantity;

    public Stock() {
    }

    public Stock(Long productId, Long quantity) {
        this.productId = productId;
        this.quantity = quantity;
    }

    public Long getQuantity() {
        return quantity;
    }

    // 재고 감소
    public void decrease(Long quantity) {
        if(this.quantity - quantity < 0) {
            throw new RuntimeException("재고가 부족합니다.");
        }
        this.quantity -= quantity;
    }
}

📉 StockService

@Service
public class StockService {

    private final StockRepository stockRepository;

    public StockService(StockRepository stockRepository) {
        this.stockRepository = stockRepository;
    }

    // 재고 감소
    public void decreaseStock(Long id, Long quantity) {
        // Stock 조회
        Stock stock = stockRepository.findById(id).orElseThrow();
        stock.decrease(quantity);
        stockRepository.saveAndFlush(stock);
    }
}

동시성 문제 (Concurrency Issue)란,

하나의 데이터를 둘 이상의 thread나 session이 제어할 때 발생하는 문제로

하나의 세션이 데이터를 수정 중일때, 다른 데이터에서 수정 전의 데이터를 조회하여 로직을 처리하므로써 데이터의 정합서이 깨지는 문제를 말한다.

✍🏻 예제 코드

테스트에서 사용되는 라이브러리/클래스는

• ExecutorService
  비동기로 실행하는 작업을 단순화하여 사용할 수 있도록 도와주는 Java API이다.
• CountDownLatch
  다른 스레드가 수행하는 작업이 끝날 때까지 기다릴 수 있는 기능을 제공한다.

@SpringBootTest
public class StockServiceTest {

    @Autowired
    private StockService stockService;

    @Autowired
    private StockRepository stockRepository;

    @BeforeEach
    public void before() {
        stockRepository.saveAndFlush(new Stock(1L, 100L));
    }

    @AfterEach
    public void after() {
        stockRepository.deleteAll();
    }

    @Test
    public void 재고감소() {
        stockService.decreaseStock(1L, 1L);

        Stock stock = stockRepository.findById(1L).orElseThrow();

        assertEquals(99L, stock.getQuantity()); // 100개 - 1개 = 99개
    }

    @Test
    public void 동시에_100개_요청() throws InterruptedException {
        int threadCount = 100;
        ExecutorService executorService = Executors.newFixedThreadPool(32);
        CountDownLatch latch = new CountDownLatch(threadCount);

        for (int i = 0; i < threadCount; ++i) {
            executorService.submit( () -> {
                try {
                    stockService.decreaseStock(1L, 1L);
                } finally {
                    latch.countDown();
                }
            });
        }
        latch.await();

        Stock stock = stockRepository.findById(1L).orElseThrow();

        assertEquals(0L, stock.getQuantity());
    }

}

위 테스트 코드에서 재고감소()는 성공적으로 실행되지만 동시에_100개_요청()은 실패한다.

그 이유는 Race condition이 발생했기 때문이다.
Race condition은 둘 이상의 thread가 공유 자원에 동시에 접근하여 변경하려고 할 때 발생하는 문제이다.

❓ 멀티스레드 환경에서 race condition 발생 이유

기대했던 순서는
Thread1 재고 확인 🠒 Thread1 재고 감소 🠒 Thread2 재고 확인 🠒 Thread2 재고 감소 🠒 ... 이지만

실제 실행 순서는
Thread1 재고 확인 🠒 Thread2 재고 확인 🠒 Thread1 재고 감소 🠒 Thread2 재고 감소 🠒 ... 이므로 문제가 발생한다.

🙌 race condition 해결하기

race condition 문제를 해결하기 위해 하나의 스레드 작업이 완료된 이후에 다른 스레드 작업을 하도록한다.

강의에서 소개하는 방법으로는 크게 3가지가 있다.

• Application level에서의 해결 방안
  • Java의 synchronized
• Database의 Lock 활용
  • Pessimistic lock(비관적 락)
  • Optimistic lock(낙관적 락)
  • Named lock
• Redis Distributed Lock 활용
  • Lettuce 라이브러리
  • Redisson 라이브러리