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스레드 간의 read/write 시에도 lock이 필요 없는 경우

다음과 같은 질문이 있군요.

쓰레드 동기화 관련
; http://lab.gamecodi.com/board/zboard.php?id=GAMECODILAB_QnA_etc&no=5292&z=

재현 코드를 만들어 보면, 다음과 같이 정리할 수 있습니다.

using System;
using System.Collections.Generic;
using System.Threading;

namespace ConsoleApp1
{
    class Program
    {
        static void Main(string[] args)
        {
            Program pg = new Program();
            pg.Start();

            Console.ReadLine();
        }

        Dictionary<int, string> _dict = new Dictionary<int, string>();

        private void Start()
        {
            _dict = MakeDict();

            Thread t1 = new Thread(readerFunc);
            t1.IsBackground = true;
            t1.Start();

            Thread t2 = new Thread(writerFunc);
            t2.IsBackground = true;
            t2.Start();
        }

        private void writerFunc()
        {
            while (true)
            {
                _dict = MakeDict();
            }
        }

        Dictionary<int, string> MakeDict()
        {
            Dictionary<int, string> dict = new Dictionary<int, string>();

            for (int i = 0; i < 1000000; i++)
            {
                dict.Add(i, i.ToString());
            }

            return dict;
        }

        private void readerFunc()
        {
            while (true)
            {
                var dict = _dict;
                int sum = 0;
                foreach (var item in dict)
                {
                    sum += item.Key;
                }

                if (sum != 1783293664)
                {
                    throw new ApplicationException("BROKEN-SYNC");
                }
            }
        }
    }
}

위와 같은 상황에서 _dict 변수에 대한 동기화가 필요할까요? ^^ (덧글들도 함께 읽어보시면 재미있습니다.)




당연하지만, 그래도 위의 코드를 실행해 보면 예외가 발생하지 않습니다. (물론 멀티 스레드의 문제에서 단순히 코드 수행으로 인한 예외가 발생하지 않았다고 해서 결점이 없다고 단정할 수는 없습니다. 마치 수학에서는 증명이 요구되듯이.)

이유는 간단합니다. 위의 경우에 _dict 멤버 변수는 참조형이기 때문에 4/8 바이트 포인터 변수이고 이는 CPU 워드 단위이므로 한 번에(atomic 하게) 값이 변하게 됩니다. 즉, _dict의 변숫값이 0x00112233이었는데 (32비트 CPU의) 쓰기 상황에서 4바이트 중 상위 2바이트 또는 하위 2바이트로 나눠서 쓰는 것이 아니므로 적어도 해당 멤버 변수가 가리키는 주소의 객체가 유효하다는 보장이 있습니다.

위와 같은 상황을 유형 별 시나리오로 생각해 보면 이해가 더 잘 될 수 있습니다.

가령 A 스레드에서 dict = _dict;를 수행 후 dict 변수를 통해 이전 컬렉션을 열람하는 사이 B 스레드에서 _dict를 업데이트하는 상황을 보겠습니다. 이 상황에서 A 스레드가 _dict에 대해 동기화 수단(이를테면, Monitor.Lock)을 수행하면 어떻게 될까요? 이런 경우 단지 B 스레드에서 _dict 변수에 값을 써넣는 시간만 지연될 뿐 A 스레드는 변함없이 이전 컬렉션의 데이터를 모두 열람하게 됩니다.

또는 A 스레드에서 dict = _dict;를 수행하기 전, B 스레드에서 _dict를 업데이트했다고 가정해 보겠습니다. 이 경우에도 역시 동기화 작업을 하는 유무에 상관없이 어차피 값이 잘 나옵니다.

굳이 문제가 된다면 컴파일러가 해당 변숫값이 메서드 안에서 읽히기만 한다고 판단해 최적화를 하는 경우입니다. 이런 경우를 위해 volatile 예약어 정도만 써주면 됩니다.

C++ volatile 키워드
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/413

C# - volatile 키워드로 인한 차이점을 발생시키는 예제
; https://www.sysnet.pe.kr/2/0/10850

(첨부 파일은 이 글의 예제 코드를 포함합니다.)




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





[최초 등록일: ]
[최종 수정일: 3/16/2018 ]

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