Item83. 지연 초기화는 신중히 사용하라

지연 초기화(lazy initialization)는 필드의 초기화 시점을 그 값이 처음 필요할 때까지 늦추는 기법이다.

그래서 값이 전혀 쓰이지 않으면 초기화도 결코 일어나지 않는다.

이 기법은 정적 필드와 인스턴스 필드 모두 사용할 수 있다.

지연 초기화는 주로 최적화 용도로 쓰이지만, 클래스와 인스턴스 초기화 때 발생하는 위험한 순환 문제를 해결하는 효과도 있다.

 

지연 초기화는 클래스 혹은 인스턴스 생성시의 초기화 비용은 줄지만 지연 초기화하는 필드에 접근하는 비용은 커진다.

지연 초기화하려는 필드 중 결국 초기화가 이뤄지는 비율에 따라, 실제 초기화에 드는 비용에 따라, 초기화된 각 필드를 얼마나 빈번히 호출하느냐에 따라 지연 초기화가 실제 성능을 느려지게 할 수 있으므로 필요할 때까지는 웬만하면 하지말하야 한다.

 

그럼에도 지연 초기화가 필요한 때는 해당 클래스의 인스턴스 중 그 필드를 사용하는 인스턴스의 비율이 낮은 반면, 그 필드를 초기화하는 비용이 크다면 지연 초기화가 제 역할을 해준다.

하지만 초기화 하는 비용을 아는 방법은 지연 초기화 적용 전후의 성능을 측정해보는 것 뿐이다.

 

멀티스레드 환경에서는 지연 초기화 하기 까다롭고 지연 초기화 필드가 둘 이상의 스레드에서 공유한다면 어떤 형태로든 반드시 동기화해야 한다.

 

일반적인 인스턴스 필드 초기화

대부분의 상황에서 일반적인 초기화가 지연 초기화보다 낫다. 객체가 변경되는 일이 없도록 final 한정자를 사용했다.

private final FieldType field = computeFieldValue();

 

 

인스턴스 필드 지연 초기화 - synchronized 접근자 방식

지연 초기화가 초기화 순환성(initialization circularity)을 깨뜨릴 것 같으면 synchronized를 단 접근자를 사용하는 것이 가장 간단하고 명확한 대안이다.

pricate FieldType field;

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

 

 

정적 필드 지연 초기화 - 홀더 클래스 관용구

성능 때문에 정적 필드를 지연 초기화해야 한다면 지연 초기화 홀드 클래스(lazy initialzation holder class) 관용구를 사용하자. 클래스는 클래스가 처음 쓰일 때 비로소 초기화되는 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 읽히며 FieldHolder 클래스 초기화를 촉발한다.

getField 메서드가 필드에 접근하면서 동기화를 전혀 하지 않으니 성능이 느려지지 않는다.

일반적은 VM은 오직 클래스를 초기화할때만 필드 접근을 동기화할 것이다. 클래스 초기화가 끝난 후 VM이 동기화 코드를 제거하여 그 다음부터 아무런 검사나 동기화 없이 필드에 접근하게 된다.

 

 

인스턴스 필드 지연 초기화 - 이중검사 관용구

성능 때문에 인스턴스 필드를 지연 초기화해야 한다면 이중검사(double-check) 관용구를 사용하라.

이 관용구는 초기화된 필드에 접근할때 동기화 비용을 없애준다.

필드의 값을 두번 검사하는 방식으로, 한 번은 동기화 없이 검사하고, 필드가 아직 초기화 전이라면 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)
    	return result;

	synchronized(this) {
    	if (field == null)
        	field = computeFieldValue();
        return field;
    }
}

result 지역변수가 필요한 이유는 이 변수는 필드가 이미 초기화된 상황에서 그 필드를 딱 한 번만 읽도록 보장하는 역할을 한다. 반드시 필요하지는 않지만 성능을 높여주고, 저수준 동시성 프로그래밍에 표준적으로 적용되는 더 우아한 방법이다.

 

 

단일검사 관용구

이중검사에는 이따금 반복해서 초기화해도 상관없는 인스턴스 필드를 지연 초기화해야할 때가 있는데 이런 경우면 이중검사에서 두 번째 검사를 생략할 수 있다.

private volatile FieldType field;

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

 

 

짜릿한 단일 검사 관용구

모든 스레드가 필드의 값을 다시 계산해도 상관없고 필드의 타입이 long과 double을 제외한 다른 기본 타입이라면, 단일검사의 필드 선언에서 volatile한정자를 없애도 된다.이 관용구는 어떤 환경에서는 필드 접근 속도를 높여주지만, 초기화가 스레드당 최대 한 번 더 이뤄질 수 있다. 아주 이례적인 기법으로 보통 거의 쓰지 않는다.

 

 

 

이번 아이템에서 이야기한 모든 초기화 기법은 기본 타입 필드와 객체 참조 필드 모두에 적용할 수 있다. 이중검사오 ㅏ단일검사 관용구를 수치 기본 타입 필드에 적용한다면 필드의 값을 null 대신 0과 비교하면된다.

 

 

핵심 정리

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.