Race Condition
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class Program
{
private const int Count = 500000;
private static int number = 0;
private static void ThreadBody1()
{
for (int i = 0; i < Count; i++)
number++;
}
private static void ThreadBody2()
{
for (int i = 0; i < Count; i++)
number--;
}
static void Main(string[] args)
{
Task t1 = new Task(ThreadBody1);
Task t2 = new Task(ThreadBody2);
t1.Start();
t2.Start();
Task.WaitAll(t1, t2);
Console.WriteLine(number);
}
}
위 소스코드를 실행할 경우, 결과는 0이 출력되어야 하지만
실제로는 222835, 495324, … 등등
예측할 수 없는 값들이 나온다.
심지어 number를 volatile로 선언해도 마찬가지.
이유?
- Race Condition(경쟁 상태)
Race Condition이란?
- 두 개 이상의 프로세스가 공유 자원을 병행적으로(concurrently) 읽거나 쓸 때, 데이터에 대한 접근 순서에 따라 실행 결과가 달라지는 것
Atomic(원자성)
- 더이상 쪼개질 수 없는 성질
- 중단되지 않는 연산의 성질을 의미한다.
- 하나로 이루어져, 여럿으로 나뉠 수 없는 연산에 대해 atomic하다고 표현한다.
- 경쟁 상태를 피하려면, 공유 자원에 대한 처리에 대해 원자성을 확보해야 한다.
- 원자적이면 스레드 안전(Thread-safe)하다.
원자성이 필요한 경우 예시
-
재화를 소모하고 아이템을 구매하는 일련의 트랜잭션에 대해, 원자성이 보장되지 않는다면 재화만 소모되고 아이템은 구매하지 못하는 참사가 발생할 수 있다.
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컨테이너의 아이템을 다른 컨테이너로 이동할 때 (기존 컨테이너에서 제거 + 새로운 컨테이너에 생성)이 원자적으로 이루어져야 하는데, 그렇지 않다면 아이템이 증발해버리거나 혹은 반대로 무한 복제가 되는 일이 발생할 수 있다.
Interlocked 클래스
-
C#에서 대상 변수에 대해 간단히 메모리 동기화를 구현해주는 클래스
-
읽기, 쓰기, 증가, 감소 연산에 대해 원자성을 보장해준다.
-
성능은 당연히 저하된다.
위의 예제 코드에서 number++를 Interlocked.Increment(ref number)로,
number--를 Interlocked.Decrement(ref number)로 바꿔주면
의도대로 동작하게 된다.
Interlocked 연산 결과값 참조
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Interlocked.Increment(ref number):
int result = number;
위 코드에서 result의 값은 정확히 number + 1 연산의 결과값을 가져올까?
싱글 스레드 환경에서는 보장되지만,
멀티 스레드 환경에서는 이를 장담할 수 없다.
두 문장 사이에서 다른 스레드가 number의 값을 슬쩍 변경했으면
두 번째 문장에서 number의 값을 참조했을 때 의도와 다른 값을 얻게 된다.
따라서 Interlocked의 메소드들은 리턴값을 제공하는데,
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int result = Interlocked.Increment(ref number);
이렇게 리턴값을 받아오면
이 값은 Increment() 연산의 결과값을 참조한다는 것을 보장할 수 있다.
API
Increment(ref T location)
- 가능한
T타입 : int, long - 대상 변수의 값을 1 증가시킨다.
- 증가된 결과를 리턴한다.
Decrement(ref T location)
- 가능한
T타입 : int, long - 대상 변수의 값을 1 감소시킨다.
- 감소된 결과를 리턴한다.
Add(ref T location, T value)
- 가능한
T타입 : int, long location변수에value값을 더한다.- 더해진 결과를 리턴한다.
Exchange(ref T location, T value)
location변수에value값을 초기화한다.- 초기화 이전의
location값을 리턴한다.
CompareExchange(ref T location, T desired, T expected)
location변수의 값이expected인 경우,desired로 초기화한다.expected가 아닌 경우, 초기화하지 않는다.- 초기화 이전의 값을 리턴한다.
정리
- 멀티 스레드 환경에서 공유 변수에 대한 연산과 참조는 원자성(atomic)을 보장해야 한다.
- 값을 증가, 감소, 초기화하는 경우
Interlocked클래스를 이용하면 원자성을 보장할 수 있다.