Microsoft MVP성태의 닷넷 이야기
닷넷: 2216. C# - SemaphoreSlim 사용 시 주의점 [링크 복사], [링크+제목 복사],
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정성태 (techsharer at outlook.com)
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(시리즈 글이 5개 있습니다.)
.NET Framework: 2064. C# - Mutex와 Semaphore/SemaphoreSlim 차이점
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/13156

.NET Framework: 2065. C# - Mutex의 비동기 버전
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/13157

닷넷: 2216. C# - SemaphoreSlim 사용 시 주의점
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/13555

닷넷: 2217. C# - 최댓값이 1인 SemaphoreSlim 보다 Mutex 또는 lock(obj)를 선택하는 것이 나은 이유
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/13558

디버깅 기술: 195. windbg 분석 사례 - Semaphore 잠금으로 인한 Hang 현상 (닷넷)
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/13560




C# - SemaphoreSlim 사용 시 주의점

이전 글에서,

windbg - thin/fat lock 없이 동작하는 Monitor.Wait + Pulse
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/13553

마지막에 "Wait/Pulse(All)를 lock(obj) 형태처럼 동작해야 할 코드에 응용하는 것은 자칫 디버깅을 힘들게 할 수 있으므로 사용 시 주의를 기울이는 것이 좋습니다."라는 글로 맺었는데요, 하필 그에 해당하는 시나리오로 사용하는 타입이 바로 SemaphoreSlim입니다.

C# - Mutex와 Semaphore/SemaphoreSlim 차이점
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/13156

SemaphoreSlim은 (AvailableWaitHandle 속성을 접근하지 않는 한) 커널 동기화 개체를 사용하지 않고 Wait/Pulse 방식을 사용하기 때문에 특정 스레드에서 SemaphoreSlim.Wait을 호출하고 지나간 경우, Count 값을 하나 소진만 할 뿐이어서 도대체 어떤 스레드가 Wait을 호출했는지 찾아내는 것이 여간 곤혹스러운 일이 아닐 수 없습니다.

간단한 예를 들어 볼까요?

internal class Program
{
    static SemaphoreSlim _lock = new SemaphoreSlim(1, 1);

    static void Main(string[] args)
    {
        Console.WriteLine("Press any key to continue...");
        Console.ReadLine();

        Thread t = new Thread(() =>
        {
            _lock.Wait();

            try
            {
                Console.WriteLine("Hello, Lock!");
            }
            finally { _lock.Release(); }
        });

        _lock.Wait();
        Console.WriteLine("Hello, World!");

        try
        {
            t.Start();
            t.Join();
        }
        finally { _lock.Release(); }
    }
}

위의 예제를 실행 후 "Press any key to continue..." 메시지가 출력된 시점에 windbg로 attach한 다음, thinlock 상황을 보면 1개가 열려 있는 것을 볼 수 있습니다.

0:006> !dumpheap -thinlock
         Address               MT     Size
00000263657b6040 00007fffeb46ce00       32 ThinLock owner 1 (0000026363d16490) Recursive 0
Found 1 objects.

일단 저건 SemaphoreSlim과는 무관한데요, Console.ReadLine으로 인해 내부에서 사용한 System.IO.TextReader+SyncTextReader에 대한 lock을 사용한 것이기 때문입니다.

// System.IO\TextReader.cs
[MethodImpl(MethodImplOptions.Synchronized)]
public override string ReadLine()
{
    return _in.ReadLine();
}

그다음 Enter를 눌러 "Hello, World" 출력까지 진행한 시점에 thinlock을 보면,

0:005> !dumpheap -thinlock
         Address               MT     Size
Found 0 objects.

0:005> !syncblk
Index SyncBlock MonitorHeld Recursion Owning Thread Info  SyncBlock Owner
-----------------------------
Total           2
CCW             0
RCW             0
ComClassFactory 0
Free            0

지난 글에 설명한 Wait/Pulse의 동작에 따라 위와 같이 "Total 2"라는 것만 알 수 있을 뿐 도대체 어떤 스레드에서 Wait을 풀고 있지 않아 그런 것인지 추적하는 것이 쉽지 않습니다. 물론, 위의 경우에는 2개의 스레드뿐이어서 호출 스택을 따라 _semaphore.Wait을 먼저 호출한 코드를 찾아 분석하면 되지만, 만약 수많은 스레드가 동작 중인 Web Application 등에서 저런 문제가 발생하면 분석 시간을 운에 맡기게 됩니다.

또한, Mutex와는 달리 Semaphore는 스레드 재진입을 허용하지 않습니다. 이런 특성상, 내부적으로 (lock이라고 부를 수 없는) lock을 소유한 스레드에 대한 정보를 유지하지도 않습니다. Slim해서 성능적으로 유리한 것은 사실이지만, 디버깅을 염두에 둔다면 (시나리오가 맞는 경우) 차라리 Mutex가 나을 정도입니다.




SemaphoreSlim의 또 다른 단점이 있다면, Dispose 처리가 미흡하다는 점입니다. 예를 들어, 아래의 코드는,

internal class Program
{
    static SemaphoreSlim _semaphore = new SemaphoreSlim(1, 1);

    static void Main(string[] args)
    {
        Thread t = new Thread(() =>
        {
            _semaphore.Wait(); // 2초 후에 SemaphoreSlim 자원이 해제되지만 여전히 wait 상태로 무한 대기

            try
            {
                Console.WriteLine("Hello, Lock!");
            }
            finally { _semaphore.Release(); }
        });

        _semaphore.Wait();
        Console.WriteLine("Hello, World!");

        t.Start();
        Thread.Sleep(2000);
            
        _semaphore.Dispose(); // 2초 후에 Main 스레드의 SemaphoreSlim을 자원 해제

        t.Join();
    }
}

2초 후에 SemaphoreSlim.Dispose가 호출되지만 이전에 대기했던 스레드, 즉, (위의 경우에는 1개지만) Wait 중인 스레드들이 영원히 무한 대기 상태에 빠지는 문제가 발생합니다.

따라서, Dispose 전에는 Release를 반드시 해야 하고,

_semaphore.Release();
Thread.Sleep(16); // 임의 시간 대기, 그렇지 않으면 Dispose 호출로 인해 Wait 대기 중인 스레드가 깨어나 Release를 호출할 때 예외 발생
_semaphore.Dispose();

Release와 Dispose 사이의 임의 시간을 결정할 수 없다면 차라리 Wait 중인 스레드의 Release에 try/catch를 하는 것이 좋습니다.

Thread t = new Thread(() =>
{
    _semaphore.Wait();

    try
    {
        Console.WriteLine("Hello, Lock!");
    }
    finally
    {
        try
        { _semaphore.Release(); }
        catch { }
    }
});

_semaphore.Wait();
Console.WriteLine("Hello, World!");

t.Start();
Thread.Sleep(2000);

_semaphore.Release();
_semaphore.Dispose();

하지만, 저것도 그다지 좋은 방법이 아닙니다. 만약 여러 개의 Wait을 수신 대기하는 스레드들이 있는 시나리오라면 처음 한 번 깨어난 스레드만 대기가 풀리고 나머지 스레드는 여전히 무한 대기에 빠집니다.

for (int i = 0; i < 10; i++)
{
    new Thread(() =>
    {
        Thread.Sleep(500);

        _semaphore.Wait(); // Release + Dispose로 인해 1개만 풀리고 9개는 무한 대기

        try
        {
            Console.WriteLine("Hello, Lock!");
        }
        finally
        {
            try
            { _semaphore.Release(); }
            catch { }
        }
    }).Start();
}

_semaphore.Wait();
Console.WriteLine("Hello, World!");

Thread.Sleep(2000);

_semaphore.Release();
_semaphore.Dispose();

이 상황을 해결하려면 Reflection까지 도입해 Release와 Dispose 사이에 대기하는 코드를 만들어야 합니다.

_semaphore.Release();

// 대기 스레드가 없어질 때까지 Dispose 보류
while (true)
{
    Thread.Sleep(16);
    if (IsWaitCountZero(_semaphore) == true)
    {
        break;
    }
}

_semaphore.Dispose();

private static bool IsWaitCountZero(SemaphoreSlim semaphore)
{
    object value = typeof(SemaphoreSlim).GetField("m_waitCount", System.Reflection.BindingFlags.NonPublic | System.Reflection.BindingFlags.Instance).GetValue(semaphore);
    return (int)value == 0;
}

정말 까다롭죠? ^^;




비록 Semaphore라는 자원의 성격상 initialCount == 1, maxCount == 1로 설정해 Critical Section을 지정하는 용도로 쓰는 것이 가능하지만 위에서 보다시피 단지 그 목적으로 활용할 거라면 차라리 lock(obj) 구문, 또는 Mutex를 사용하는 것이 더 좋다는 것이, 저의 개인적인 의견입니다. ^^




[이 글에 대해서 여러분들과 의견을 공유하고 싶습니다. 틀리거나 미흡한 부분 또는 의문 사항이 있으시면 언제든 댓글 남겨주십시오.]







[최초 등록일: ]
[최종 수정일: 2/18/2024]

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