Mutex와 Semaphore

23 Sep 2024

뮤텍스(Mutex)와 세마포어(Semaphore)에 대해서 알아보자.

뮤텍스(Mutex)

뮤텍스는 상호 배제를 보장하는 잠금 메커니즘이다.

하나의 자원에 대해 한 번에 하나의 스레드만 접근할 수 있도록 하는 방식이다.

즉, 뮤텍스를 사용하면 동시성 문제를 방지하고 레이스 컨디션을 막을 수 있다.

스택오버플로우에 재밌는 예시가 있어서 가져와봤다!

예를 들어, 사무실에서 격한 토론을 할 때에 테이블에 장난감 닭을 집은 사람만 발언권을 얻고 나머지는 말을 하지 못한다고 가정해보자.

닭을 집은 사람이 말을 할 때엔 다른 사람들은 닭을 받을 때까지 기다렸다가 말을 할 수 있다.

말을 마치면 닭을 사회자에게 돌려주고 사회자는 다음 사람에게 닭을 전달한다.

여기서 닭을 Mutex로, 사람을 Thread로 바꾸면 Mutex라는 개념이 생긴다.

뮤텍스의 개념을 자바 코드로 알아보자.

synchronized 키워드는 자바에서 기본적인 뮤텍스 기능을 제공한다.

특정 블록이나 메서드에 대해 동기화를 하여 한 번에 하나의 스레드만 접근할 수 있게 해준다.

해당 테스트 코드를 실행하면 테스트가 성공하는 것을 볼 수 있다.

만약에 synchronized 키워드를 지우면 어떻게 될까?

테스트 숫자의 크기가 작으면 성공할 때도 있지만 동시성 문제가 발생하여 대부분 실패한다.

사람들이 서로 닭을 집어가는 상황인 것이다.

뮤텍스는 단일 자원에 대한 동시 접근을 방지하는 데 사용된다.

하지만 같은 스레드만 잠금을 해제할 수 있기 때문에, 잘못된 잠금 해제가 발생하면 데드락(교착상태)이 발생할 수 있다.

세마포어(Semaphore)

세마포어는 카운팅 기반의 동기화 기법으로, 여러 스레드나 프로세스가 동시에 접근할 수 있는 자원의 개수를 제한할 때 사용된다.

세마포어는 정수 값을 유지하며, 이 값은 자원에 접근 가능한 수를 나타낸다.

세마포어는 [도서관에 비유]https://en.wikipedia.org/wiki/Semaphore_(programming))해보자.

도서관에 스터디 룸이 10개가 있다고 가정하고, 한 번에 한 명의 학생이 사용할 수 있다고 가정하자.

학생들은 접수 데스크에서 스터디 룸을 요청해야 한다.

빈 스터디 룸이 없다면 학생들은 다른 학생이 룸을 내어줄 때까지 접수 데스크에서 기다려야 한다.

학생이 룸 사용을 마치면 학생은 데스크로 돌아와서 룸이 비어 있음을 알려야 한다.

세마포어는 자원의 개수를 제한하여 동시성을 제어하는 방법이다.

세마포어도 자바 코드로 알아보자.

자바에서 세마포어는 java.util.concurrent 패키지에 포함된 Semaphore 클래스로 제공된다.

• acquire(): 세마포어의 카운트를 하나 감소시키며, 카운트가 0이면 대기합니다.
• release(): 세마포어의 카운트를 하나 증가시킵니다.

여러 번 실행해봐도 연속으로 3번 이상 세마포어를 얻는 로그는 발견되지 않는다.