아이템 83. 지연 초기화는 신중히 사용하라. - ksw6169/effective-java GitHub Wiki

지연 초기화(lazy initialization)

지연 초기화란 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 모두에 사용할 수 있다.
지연 초기화는 주로 최적화 용도로 쓰이지만, 클래스가 인스턴스 초기화 때 발생하는 위험한 순환 문제를 해결하는 효과도 있다.

지연 초기화는 필요할 때까지는 하지 말라.

지연 초기화는 양날의 검이다. 클래스 혹은 인스턴스 생성 시의 초기화 비용은 줄지만 그 대신 지연 초기화하는 필드에 접근하는 비용은 커진다.
지연 초기화하려는 필드들 중 결국 초기화가 이뤄지는 비율에 따라, 실제 초기화에 드는 비용에 따라, 초기화된 각 필드를 얼마나 빈번히 호출하느냐에 따라 지연 초기화가 실제로는 성능을 느려지게 할 수도 있다.

지연 초기화가 필요한 상황

해당 클래스의 인스턴스 중 그 필드를 사용하는 인스턴스의 비율이 낮은 반면, 그 필드를 초기화하는 비용이 크다면 지연 초기화가 제 역할을 해줄 것이다.
멀티스레드 환경에서는 지연 초기화를 하기가 까다롭다. 지연 초기화하는 필드를 둘 이상의 스레드가 공유한다면 어떤 형태로든 반드시 동기화해야 한다. 그렇지 않으면 심각한 버그로 이어질 것이다.
대부분의 상황에서 일반적인 초기화가 지연 초기화보다 낫다.

// 인스턴스 필드를 초기화하는 일반적인 방법
private final FieldType field = computeFieldValue();

// 인스턴스 필드의 지연 초기화 - synchronized 접근자 방식
private final FieldType field;

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

정적 필드를 지연 초기화하는 올바른 방법

성능 때문에 정적 필드를 지연 초기화해야 한다면 지연 초기화 홀더 클래스(lazy initialization holder class) 관용구를 사용하자.
클래스는 클래스가 처음 쓰일 때 비로소 초기화된다는 특성을 이용한 관용구다.

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

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

getField() 가 처음 호출되는 순간 FieldHolder.field 가 처음 읽히면서 비로소 FieldHolder 클래스 초기화를 촉발한다.
일반적인 VM은 오직 클래스를 초기화할 때만 필드 접근을 동기화하는데, 클래스 초기화가 끝난 후에는 VM이 동기화 코드를 제거하여 그 다음부터는 아무런 검사나 동기화 없이 필드에 접근할 수 있게 된다. 따라서 이 관용구는 getField() 가 필드에 접근하면서 동기화를 전혀 하지 않으니 성능 저하가 발생하지 않는다.

인스턴스 필드를 지연 초기화하는 올바른 방법

성능 때문에 인스턴스 필드를 지연 초기화한다면 이중 검사(double-check) 관용구를 사용하라.
이 관용구는 초기화된 필드에 접근할 때의 동기화 비용을 없애준다.
이 방식은 필드의 값을 두 번 검사하는 방식으로, 한 번은 동기화 없이 검사하고, 필드가 아직 초기화되지 않았다면 두 번째는 동기화하여 검사한다. 두 번째 검사에서도 필드가 초기화되지 않았을 때만 필드를 초기화한다. 필드가 초기화된 후로는 동기화하지 않으므로 해당 필드는 반드시 volatile 로 선언해야 한다.

// 인스턴스 필드 지연 초기화용 이중검사 관용구
private volatile FieldType field;

private FieldType getField() {
    // 가장 최근에 기록된 값을 읽게 됨을 보장(volatile), 다른 Thread에서 초기화한 값을 읽어들이기 위해 사용(Main memory에서 읽어 들임)
    FieldType result = field;
    if (result != null)  // 첫 번째 검사 (락 사용 안함)
        return result;
    
    // 앞에서 필드 초기화 여부를 확인했으므로 동기화하여 field를 초기화한다.
    synchronized(this) {
        if (field == null)  // 두 번째 검사 (락 사용)
            field = computeFieldValue();
        return field;
    }
}

위 코드에서 result 지역변수가 필요한 이유

이 변수는 필드가 이미 초기화된 상황에서는 그 필드를 딱 한 번만 읽도록 보장하는 역할을 한다. 반드시 필요하지는 않지만 성능을 높여주고 저수준 동시성 프로그래밍에 표준적으로 적용되는 더 우아한 방법이다. (필자의 PC에서는 volatile 지역변수를 사용할 때가 1.4배 더 빠르게 동작했다고 한다.)

반복 초기화해도 상관없는 인스턴스 필드를 지연 초기화하는 올바른 방법

반복해서 초기화해도 상관없는 인스턴스 필드를 지연 초기화한다면 단일 검사(single-check) 관용구를 사용하라.

// 단일 검사 관용구 - 초기화가 중복해서 일어날 수 있다.
private volatile FieldType field;

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

모든 스레드가 필드의 값을 다시 계산해도 상관없고 필드의 타입이 long과 double을 제외한 다른 기본 타입이라면, 단일검사의 필드 선언에서 volatile 한정자를 없애도 된다. 이 변종은 짜릿한 단일검사(razy single-check) 관용구라 불린다.
이 관용구는 어떤 환경에서든 필드 접근 속도를 높여주지만, 초기화가 스레드당 최대 한 번 더 이뤄질 수 있다. 아주 이례적인 기법으로 보통은 거의 쓰지 않는다.

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.

참고 자료

Effective Java 3/E