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item 83 : 지연 초기화는 신중히 사용하라

지연 초기화 (Lazy Initialization)의 개념과 활용

지연 초기화는 필드의 초기화 시점을 해당 값이 처음 필요할 때까지 미루는 기법이다. 이 기법을 사용하면 필요하지 않은 경우 초기화 자체를 생략할 수 있다. 주로 최적화 용도로 사용되며, 클래스와 인스턴스 초기화 시 발생할 수 있는 위험한 순환 문제를 해결하는 효과도 있다.

하지만 지연 초기화는 양날의 검이다. 인스턴스 생성 시 초기화 비용은 줄어들지만, 필드 접근 시의 비용이 커진다. 초기화 시점과 접근 빈도를 고려해 성능을 검토하지 않으면 오히려 성능 저하를 초래할 수 있다.

1) 지연 초기화의 특징

  • 장점: 초기화 비용이 클 때, 그 필드를 사용할 확률이 낮다면 성능 최적화에 도움을 준다.
  • 단점: 필드 접근 시마다 초기화 여부를 확인해야 하므로 호출 비용이 증가할 수 있다.
  • 주의사항: 멀티 스레드 환경에서 지연 초기화를 하려면 반드시 동기화가 필요하다.

멀티 스레드 환경에서는 지연 초기화가 까다롭기 때문에, 일반적으로 지연 초기화보다는 즉시 초기화가 권장된다. 진짜 필요할 때만 지연 초기화를 선택해야 한다.

2) 초기화 방법

1. 일반적인 초기화

대부분의 상황에서 권장되는 방식이다. 필드를 final로 선언하고 즉시 초기화한다.

private final FieldType field = computeFieldValue();
  • 특징: 간단하고 명확하며 스레드 안전하다.
  • 사용 시점: 필드가 항상 사용될 경우.

2. synchronized 접근자를 사용한 지연 초기화

초기화 순환성이 걱정될 때 사용할 수 있다. 초기화 메서드를 synchronized로 감싸 동기화를 보장한다.

private FieldType field;

private synchronized FieldType getField() {
    if (field == null) {
        field = computeFieldValue();
    }
    return field;
}
  • 특징: 간단하지만 동기화 비용이 발생한다.
  • 적용 대상: 인스턴스 필드와 정적 필드 모두에 적용 가능하다.

3. 정적 필드 지연 초기화 홀더 클래스 관용구

정적 필드의 성능을 위해 사용하는 기법으로, 클래스의 초기화 시점을 지연시킨다.

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

private static FieldType getField() {
    return FieldHolder.field;
}
  • 동작 원리: FieldHolder 클래스는 필드가 처음 읽힐 때 초기화된다.
  • 장점: 동기화를 사용하지 않으므로 성능 저하가 없다.
  • 적용 대상: 정적 필드에 최적화된 초기화 방식.

4. 이중검사 관용구 (Double-Check Idiom)

인스턴스 필드의 성능을 위해 사용하는 기법으로, 초기화된 필드에 접근할 때의 동기화 비용을 제거한다.

private volatile FieldType field;

private FieldType getField() {
    FieldType result = field; // 첫 번째 검사 (동기화 X)
    if (result != null) {
        return result;
    }

    synchronized (this) {
        if (field == null) { // 두 번째 검사 (동기화)
            field = computeFieldValue();
        }
        return field;
    }
}
  • 설명:
    • 첫 번째 검사: 동기화 없이 필드가 초기화되었는지 확인한다.
    • 두 번째 검사: 동기화한 후 필드가 초기화되지 않은 경우에만 초기화한다.
  • 필드 선언: volatile 키워드가 필요하다.
  • 장점: 동기화 비용을 최소화하며 스레드 안전하다.
  • 단점: 코드가 복잡하다.

result 지역 변수를 사용하는 이유: 필드를 한 번만 읽어 성능을 최적화한다.

5. 단일검사 관용구 (Single-Check Idiom)

이중검사 관용구의 변형으로, 반복 초기화가 허용되는 경우에 사용된다.

private volatile FieldType field;

private FieldType getField() {
    FieldType result = field;
    if (result == null) {
        field = result = computeFieldValue();
    }
    return result;
}
  • 특징: 두 번째 검사를 생략하므로 코드가 단순하다.
  • 단점: 필드 초기화가 중복해서 발생할 수 있다.

6. 짜릿한 단일검사 관용구 (Racy Single-Check Idiom)

모든 스레드가 필드를 다시 초기화해도 상관없을 때 사용한다. 이 경우 volatile을 제거할 수 있다.

private FieldType field;

private FieldType getField() {
    FieldType result = field;
    if (result == null) {
        field = result = computeFieldValue();
    }
    return result;
}
  • 적용 조건:
    • 필드의 타입이 long과 double을 제외한 기본 타입이거나, 초기화가 중복되어도 문제가 없는 경우.
  • 장점: 접근 속도를 극대화할 수 있다.
  • 단점: 초기화가 스레드당 최대 한 번 더 발생할 수 있다.
  • 활용도: 거의 사용되지 않는 기법이다.

3) 핵심 정리

  1. 대부분의 경우 필드는 지연 초기화 대신 즉시 초기화하는 것이 좋다.
  2. 정적 필드를 지연 초기화해야 한다면 홀더 클래스 관용구를 사용하라.
  3. 인스턴스 필드의 경우 이중검사 관용구를 사용하면 동기화 비용을 최소화할 수 있다.
  4. 반복 초기화가 허용되는 상황에서는 단일검사 관용구를 고려할 수 있다.
  5. 짜릿한 단일검사 관용구는 매우 특수한 경우에만 사용해야 하며, 일반적으로 피하는 것이 좋다.

지연 초기화는 신중하게 선택해야 한다. 잘못 사용할 경우 복잡한 코드와 성능 저하로 이어질 수 있으므로, 필요한 경우에만 올바른 기법을 선택해 사용하자.

참고