경쟁 상태(Race Condition)
경쟁 상태(Race Condition)란 두 개 이상의 프로세스 또는 쓰레드가 하나의 공유 자원에 동시에 접근하여 결과값에 영향을 줄 수 있는 상태를 말한다.
경쟁 상태(Race Condition) 예
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static int number = 0;
static void Thread_1()
{
for (int i = 0; i < 100000; i++)
number++;
}
static void Thread_2()
{
for (int i = 0; i < 100000; i++)
number--;
}
static void Main(String[] args)
{
Task t1 = new Task(Thread_1);
Task t2 = new Task(Thread_2);
t1.Start();
t2.Start();
Task.WaitAll(t1, t2);
Console.WriteLine(number);
}
위 코드를 보면 Thread_1에서는 number를 1씩 100000번 증가시켜주고 있고 Thread_2에서는 number를 1씩 100000번 감소해주고 있기 때문에 최종적으로 number는 0이 될것이라고 예상할 수 있다.
그러나 실행시켜보면 0이 아닌 다른 값이 나온다.
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예상 결과와 다른 값이 나오는 이유는 두 쓰레드가 number라는 공유 자원에 동시에 접근하면서 Race Condition이 발생하였기 때문이다.
자세한 부분은 number++와 number–하는 과정에서 찾아볼 수 있다.
우리가 사용한 number++이 실제 어셈블리어로 동작하는 과정을 보면 아래와 같다.
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00007FFDBB551513 mov ecx,dword ptr [7FFDBB5EFC0Ch] ; 데이터를 불러와서 ecx에 저장
00007FFDBB551519 inc ecx ; ecx에 있는 값 1증가
00007FFDBB55151B mov dword ptr [7FFDBB5EFC0Ch],ecx ; 아까 불러온 위치에 ecx에 있는 값 다시 저장
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//의사 코드
int temp = number;
temp = temp + 1;
number = temp;
우리가 볼 땐 한 줄짜리 코드지만 실제로는 위와 같이 처리된다.
그렇기에 number++과 number–이 거의 동시에 실행하게 된다면
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// 초기 상태 number = 0
Thread_1 : int temp1 = number; // temp1 = 0
Thread_1 : temp1 = temp1 + 1; // temp1 = 1
Thread_2 : int temp2 = number; // temp2 = 0
Thread_2 : temp2 = temp2 - 1; // temp2 = -1
Thread_1 : number = temp1; // number = 1
Thread_2 : number = temp2; // number = -1
위와 같이 최종 number가 0이 아닌 값이 나올 수 있게 된다.
일단 위 문제는 Interlocked를 사용하여 해결해 볼 수 있다.
Interlocked
Interlocked는 C#에서 지원해주고 있는 기능이며, 멀티쓰레드에서 공유하고 있는 변수에 대한 연산에 원자성(Atomic)을 보장해준다.
여기서 원자성(Atomic)이란 더이상 쪼갤 수 없다라는 의미로 더 이상 과정이 쪼개지지 않고 한 번에 실행되는 것을 보장해주는 것을 말한다.
Interlocked 사용법
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static int number = 0;
static void Thread_1()
{
for (int i = 0; i < 100000; i++)
Interlocked.Increment(ref number); // 1 증가
}
static void Thread_2()
{
for (int i = 0; i < 100000; i++)
Interlocked.Decrement(ref number); // 1 감소
}
static void Main(String[] args)
{
Task t1 = new Task(Thread_1);
Task t2 = new Task(Thread_2);
t1.Start();
t2.Start();
Task.WaitAll(t1, t2);
Console.WriteLine(number);
}
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아까 코드에서 number++과 number– 대신 Interlocked를 사용하여 1 증가, 감소를 해주고 있다.
앞에 문제에선 number++ 또는 number– 하는 과정에서 다른 쓰레드가 끼어들어 Race Condition이라는 문제가 발생한 것인데, 여기에서는 Interlocked를 사용하여 원자성(Atomic)을 보장받고 있기 때문에 1 증가 또는 감소하는 과정에서 다른 쓰레드가 끼어들지 못해 결과에 문제없음을 볼 수 있다.